公路桥梁工程大体积混凝土施工技术的应用

2022-11-29 交通科技

高东杰

唐山市普通收费公路运营处

摘要：通过分析公路桥梁工程大体积混凝土结构施工易出现的问题，从混凝土本身性质特点出发，总结大体积混凝土裂缝产生原因和防治措施，使得公路桥梁工程大体积混凝土施工技术得到更成熟的应用，提升建设工程项目的可靠性和耐久性。

关键词：大体积混凝土;裂缝;原因;防治措施;

大体积混凝土是一种大型的混凝土结构体，最大的特点是耗费混凝土量多、整体结构厚实、容易受温度影响产生变形，整体工程是条件非常复杂、对施工具要求较高、受到环境影响的因素较多等。公路桥梁工程涉及大体积混凝土施工多应用于桥梁承台、悬索桥錨碇等大尺寸结构施工中，不仅要满足设计强度等级，还要满足结构使用年限耐久性要求，因此大体积混凝土施工质量控制，尤其大体积混凝土因温度应力引起的有害裂缝控制，成了大体积混凝土施工质量控制的关键。本文就裂缝成因和大体积混凝土施工控制关键措施作主要阐述。

1 大体积混凝土结构裂缝的产生原因

1.1 水泥水化热的影响

混凝土在浇筑完成后，水泥与水发生反应，产生大量热量，这在大体积混凝土结构上表现尤为明显，内部与表层同时产生热量，然而散热条件却大不相同，混凝土表层热量能够及时散发，但由于混凝土导热性不强，导致内部温度急剧升高，使得大体积混凝土整体从内到外形成温度梯度，产生温度应力。混凝土在早期强度不高，同时混凝土本身抗拉强度很弱，据试验结果表明，混凝土的抗拉强度只有抗压强度的十分之一，综合以上原因，在混凝土内外温度差产生的应力大于本身抗拉强度极限值时就会产生裂缝。

1.2 外界温度湿度变化和外部约束的影响

桥梁工程混凝土浇筑施工过程中，外界温度变化对混凝土结构施工质量起着非常重要的影响。外界气温较高时，混凝土的原材料水泥、石子、水、各种添加剂的温度均随之升高，通过拌合站搅拌出场的混凝土成品料的温度也就随之升高，在浇筑完成后，这些热量也就包裹在大体积混凝土内部，无法散失，倘若外界气温骤降，结构裂缝很快就会显现，而且裂缝会贯穿整个结构，严重影响施工质量，造成无法弥补的损失;同时外界湿度变化也有着不可忽略的影响，湿度的变化直接影响着混凝土干缩速度的快慢，假如外界湿度下降过快，混凝土的干缩就会成为大体积混凝土结构裂缝产生的主要原因。

桥梁工程大体积混凝土施工大多应用于下部结构基础施工，外部约束对结构裂缝产生的影响也不能轻易忽视。混凝土浇筑完成，水泥水化热产生的热量使得混凝土膨胀变形，然而结构顶面是一个**体，底面由于受到地基的影响，无法**膨胀，这使得结构上下产生一定量的拉伸，当这个拉伸量超过混凝土本身拉伸极限值时，裂缝就会出现。

1.3 混凝土的收缩

混凝土养生期间，内部的游离水离子不断蒸发，使得结构内部出现无数细小孔隙，在外界约束和荷载的作用下，体积会逐渐减小，同时刚浇筑完成的混凝土由于水化热反应，整体温度上升，处于膨胀状态，在养生期间热量逐渐散失导致温度下降而体积慢慢减小，这就是混凝土收缩的原因。倘若养生措施不合理，混凝土的收缩就会加剧，裂缝也就随之产生。

2 大体积混凝土施工技术及裂缝防治措施

通过裂缝发生原因分析不难发现，主要原因在于控制水化热反应带来的的结构内部与表层温度差和混凝土养生期间收缩的控制，知其理而治其本，从原因出发制定相应的防治、控制措施，就可以将裂缝防患于未然，降低因施工措施不当带来的经济损失。下面就原材料选择和配合比设计、浇筑方法、养生水化热控制等方向阐述裂缝的防治。

2.1 原材料选择和配合比设计

在选取搅拌原材和设计砼配合比时，应严格遵照“降低水化热、防止温升”的原则进行，细集料应使用用中砂，粗集料宜应用连续级配，使用凝结时间长和低水化热的水泥品种为**。同时掺加缓凝剂、减水剂等外加剂和粉煤灰、矿渣粉等掺合料来降低混凝土早期水化热。设计砼配合比时，在保证强度、和易性和坍落度要求的条件下，做好采取改善粗集料级配、提高粗集料和掺合料含量、降低水胶比等措施，减少混凝土的水泥用量。

2.2 混凝土浇筑施工方法

在开工前应提前制定专项施工组织设计方案，采取科学合理的混凝土温度控制措施。根据原材、配比、外界环境、施工方案和技术工艺等因素，进行温控设计和温度监视设计，并应在浇筑后实时监测和控制混凝土内部和表面的温度，在控制大体积混凝土温度时，应使其内部温度上限为75℃，内表温度差上限值为25℃;浇筑工作宜在气温较低时进行，但入模温度不得低于5℃，当外界条件不允许冷期施工时，应采取相应措施降低入模温度，确保温度不得高于28℃。

大体积混凝土浇筑可按照分层、分块进行，根据温控设计的要求及浇筑能力合理确定分次浇筑的尺寸，尺寸相对较小结构或者能够满足温控要求时，可采用全断面一次浇筑;浇筑分层时，在浇筑上层之前，应对下层顶面进行凿毛处理，相邻两层混凝土的温差应控制在20℃以下，并在7天之内浇筑下一层混凝土;浇筑分块时，块与块之间的施工缝应平行于混凝土结构的短边，并应在拆模后按要求对施工缝进行凿毛处理，后浇段应在温度场趋于稳定后才可浇筑，后浇段宜采用微膨胀混凝土，并应一次浇筑完成。

当采用硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥时，其浇筑后的养生时间不宜少于2周，使用其他类型水泥时不宜少于3周。

2.3 养生期间的水化热控制

养生期间温度控制宜按照“内降外保”的原则，混凝土内部应布设**管并通循环水达到降温的效果，外部采取蓄水或覆盖蓄热等措施。在使用**管降温时，进水口与出水口水温差宜小于或等于10℃，且内部混凝土与管内水温差不宜大于20℃，每天混凝土降温控制在2℃以内，排出的循环水可用于混凝土顶面的保温，但养护水温与混凝土表层温差不宜大于15℃。

2.3.1 **管材料和尺寸选择

**管通常采用直径32mm标准铸铁水管，管头连接使用与**管配套的接头，接头部位使用胶带纸缠裹，防止漏水。水管长度直接影响管内压力损失、水头损失和水泵容量。实践证明，水管总长度应控制在100～300m范围内，**在200～***m。

2.3.2 **管的布设规则

**管布设应综合考虑水化热、温控情况、砼缓凝时间、浇筑工艺及外界条件等多种因素。**管布设层数由结构竖向尺寸决定，当小于2m时，可单层布设;当大于等于2m时，需按多层布设，相邻层的间距一般控制在为0.5～1.0m之间。平面按“弓”字型直线布设每层**管，最外侧的**管与结构边缘的距离控制在50～75cm进行布设。

2.3.3 **水循环速率控制

**管循环水流量的控制必须满足设计降温效果，同时还有考虑经济性。首先要供给充足的水量，这样管内循环水才会呈紊流状，保证设计要求的降温效果，倘若水量不足，管内水就会呈层流状，据科学计算表明，在控制其他条件相同的情况下，紊流比层流**时间要节省25%，节省工期的同时也降低了施工成本。通过文献记载和施工经验表明，**水(温度为25℃左右)流速应控制在1.5m/s以上，达到峰值温度适当降低流速，以1m/s为宜，随混凝土内部温度的降低，流速可逐渐下调直至完成。

3 结语

桥梁工程中大体积混凝土结构施工通过采取有限的控制措施是可以提前预防裂缝发生的，首先施工前制定专业合理的施工方案，之后严格的选取原材料，采用更为科学的施工配合比和浇筑方法，养生期间运用**管循环水降低内部温度，外层实施蓄热或蓄水保温，便可有限的控制裂缝，提高桥梁工程的施工质量，满足施工图设计强度和耐久性的要求。

参考文献

[1] 纪强．大体积混凝土水化热的控制，交通世界，2011(23).

[2] 刘冬．桥梁工程中大体积混凝土施工技术及温控措施的应用分析，交通世界，2019(04).

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