公路桥梁大体积混凝土常见裂缝及其控制工艺研究.pdf

1、总653期2023年第23期（8月 中）收稿日期：2022-12-01作者简介：安玉昆（1993），男，工程师，研究方向为道路与桥梁施工。公路桥梁大体积混凝土常见裂缝及其控制工艺研究安玉昆（石家庄市公路桥梁建设有限公司，河北 石家庄 050000）摘要：为解决公路桥梁建设中的大体积混凝土裂缝问题，在介绍公路桥梁大体积混凝土裂缝成因和特点的基础上，首先从施工角度提出若干裂缝控制措施，然后提出通水冷却与加强施工动态控制方法，以期为相关人员提供参考，保证公路桥梁大体积混凝土施工质量，减少或避免裂缝的产生。关键词：公路桥梁；大体积混凝土；混凝土裂缝；裂缝控制中图分类号：U445.71文献标识码：A0

2、引言公路桥梁建设过程中需完成很多大体积混凝土施工，与普通混凝土相比，大体积混凝土容易产生裂缝病害，对结构造成不同程度的破坏。因此，需在明确公路桥梁大体积混凝土裂缝成因和特点的基础上，在施工中制定并采取有效的控制措施，将裂缝控制在容许范围内，从而保证整个公路桥梁的混凝土质量。1 公路桥梁大体积混凝土裂缝产生原因与施工温度控制标准混凝土是一种包含多种材料的非匀质体，不仅抗压强度高，而且耐久性好，但抗拉强度较弱，抵抗变形发生的能力不足，导致混凝土结构容易开裂。大体积混凝土结构的截面尺寸较大，且水泥用量高，水泥在发生水化反应后会释放出大量水化热，使混凝土内部温度升高，混凝土表面的散热速度往往很快，使表

3、面温度降低，这样一来混凝土内外部会产生较大温差，导致混凝土内部出现一定压应力，而在表面形成拉应力，在这一拉应力超出混凝土自身抗拉强度后，就会导致混凝土结构表面出现裂缝。另外，当混凝土表面温度降低时，因温度降低或产生较大温差，加之水分不断蒸发，混凝土会发生一定程度的干缩，但这种干缩会受到结构边界条件以及地基等因素的约束，所以会产生明显的收缩应力，这种收缩应力与温度应力相同，均属于拉应力范畴，在这一拉应力超出混凝土自身极限抗拉强度后，会使混凝土结构表面出现裂缝，而且大多是贯穿裂缝，最终给整个混凝土结构造成较大危害1。通过以上分析可知，在桥梁大体积混凝土施工中，须高度重视并做好温度控制，这是防止大体

4、积混凝土产生裂缝的关键所在。要想有效控制温度，首先要确定合适的控制标准，根据工程经验和相关理论研究成果，在没有特殊情况的条件下，大体积混凝土施工温度控制应严格按照以下标准要求进行。1）将混凝土浇筑到模板体系中后，其温度升高不能超过50。2）将混凝土浇筑完成后，其内外部温度差不能超过25（不包括混凝土收缩过程中的当量温度）。3）浇筑完成后混凝土温度降低速率不能超过2.0/d。4）大体积混凝土内部温度一般情况下不能超过65，同时内温和表面温度之间的温差，以及表面温度和空气温度之间的温差都不能超过20；对于在混凝土养护过程中使用的水，其温度和混凝土表面温度之间的温差不能超过15，以此有效避免混凝土表

5、面产生裂纹。5）承台大体积混凝土表面不能产生因内温过大而引起的裂缝，表面裂缝的宽度一般不能超过0.2 mm2。2 公路桥梁大体积混凝土裂缝控制措施2.1 总体方针如前所述，温度是引起大体积混凝土裂缝的主要原因，因此要想有效控制和预防裂缝的产生，必须做好温度控制。为减小混凝土温度应力，要严格控制温度变化。将避免产生温度变形裂缝作为出发点，温度控制包含以下任务目标。1）减小大体积混凝土内部温升，控制总降温差。2）适当提升大体积混凝土表面温度，以此减小内外部温度差，避免形成太大的温度梯度。98交通世界TRANSPOWORLD3）减慢大体积混凝土的降温速率，最大限度发挥出混凝土自身徐变特性。2.2 降

6、温措施可采取如下降温措施控制温度。1）优先选用水化热为中低水平的矿渣水泥。2）通过对混凝土级配的优化设计，尽可能减少大体积混凝土的水泥用量，以此减少水泥的水化热，降低大体积混凝土内部温度3。3）在混凝土生产拌和过程中通过适量掺入缓凝剂有效延缓混凝土水化热峰值产生时间。4）通过蓄热保温严格控制混凝土内外部温差。5）做好混凝土搅拌，使混凝土拌和达到充分和均匀，并确保筏板内部温度保持一致。6）在浇筑完成的混凝土达到初凝状态前进行二次振捣，以此排除混凝土中由于泌水产生的水分与空隙，增强混凝土和钢筋之间的握裹力，进而增强抵抗裂缝发生的能力。7）切实做好混凝土保温养护，使混凝土表面始终处在适宜的温湿度状态

7、。采用蓄热法对大体积混凝土进行养护，通过搭设棚架包裹大体积混凝土，并在内部进行加热养护，在承台大体积混凝土表面覆盖一层塑料薄膜和麻袋，塑料薄膜的覆盖不仅能起到良好的保温作用，还能实现保湿。在对大体积混凝土底板进行保温养护时，无需人工反复浇水，利用混凝土自身泌水即可确保混凝土表面始终保持湿润，这样除了能减少或避免混凝土表面产生干缩裂缝，还能防止由于浇冷水导致混凝土表面温度大幅降低，增大混凝土内外部温差。8）可通过提高混凝土结构自身抗拉性能来避免混凝土产生裂缝。要想提高大体积混凝土结构自身抗裂性能，需将增大抗拉强度作为切入点，在做好配合比优化的同时适当改善施工工艺，以此保证施工质量。为编制科学合理

8、的温控方案，需做好温度变化实时观测。另外，还应通过监测与控制的充分结合，确保混凝土温度始终处在容许范围内。2.3 监测信息反馈及时对温度监测信息进行反馈，以实际的温度监测结果为依据，综合考虑多点实时监测结果针对不同部位制定合理的温度控制方案，如随时调整保温层厚度，确保温差处在允许范围内，即不超过25。2.4 保证混凝土浇筑施工连续性为保持大体积混凝土浇筑连续进行，避免产生施工缝或冷缝，首先要准备好各类施工机械设备，充分考虑设备故障后维修所需时间，在现场配备数量足够的混凝土罐车与振动棒，此外还应配备一台备用发电机，其发电功率以能确保现场所有设备正常运行为准。混凝土浇筑施工开始2 d前，还应将施工

9、所需各类材料与机械设备运输至现场。备好充足的原材料，并确保现场供水供电，以保证施工连续进行。2.5 混凝土分层浇筑根据混凝土运输能力，考虑到大体积混凝土结构截面面积和混凝土浇筑数量，大体积混凝土的浇筑须分层进行，确保混凝土以相同的薄层坡度浇筑完成，循序渐进，一次性浇筑到顶；一般按照300500 mm的范围进行分层控制，将下一层混凝土浇筑完成后，需在其达到初凝前浇筑完上一层。通过分层浇筑，能避免反复拆除输送管道，提高混凝土泵送效率，简化泌水处理过程。分层浇筑大体积混凝土时，每层间都要有一定间歇时间。当上层混凝土浇筑至下层时，下层混凝土的水化反应已完成了一段时间，由此产生的热量已经部分散失，所以分

10、层浇筑能起到减少水化热的作用。2.6 做好混凝土振捣由于混凝土滑动过程中会产生一定的坡度，所以需在所有浇筑带分别设置3个振捣棒，即前部、中部与后部，下料结束后立即开始振捣。一般第一道振捣棒布置在下料点，用于将上部混凝土振捣密实；第二道振捣棒布置在坡脚，用于将下部混凝土振捣密实；第三道振捣棒布置在坡度中部，用于提高坡段混凝土密实性。如果斜面长度大幅增加，则应适当增加振捣棒的数量。施工现场的管理人员需做好混凝土振捣实时监测，确保通过振捣达到理想的密实度，尽可能减少骨料之间存在的空隙4。2.7 泌水处理对流动性较大的混凝土进行浇筑与振捣时，泌水与浮浆都会沿着混凝土浇筑形成的坡面不断下流，直到坑底。泌

11、水的产生会改变混凝土含水量，并冲洗掉混凝土表面附着的水泥浆，这对混凝土而言是有较大危害的，所以需在施工中认真处理泌水。在大体积混凝土浇筑过程中，应促使绝大部分泌水沿浇筑前进方向到达下坡段，然后人工对泌水进行清理，确保整个承台范围内不存在泌水。当混凝土浇筑形成的坡面与另外一侧模板相接近时，需改变浇筑方向，从顶端开始往回浇筑。2.8 面层槎平完成大体积混凝土浇筑，并用铝合金大杠将浇筑完成的混凝土初步刮平后，应立即用木抹子对混凝土表面进行二次槎平，一般应连续进行两次。考虑到大体积混凝土表面的水泥浆厚度较大，所以在浇筑完成后必须及时、认真处理。一般情况下，每45 h都要按照设计要求的标高利用长尺将混凝

12、土表面刮平，并在混凝土达到初凝前利用铁滚筒进行滚压，最后用木楔99总653期2023年第23期（8月 中）进行适当的打磨和碾压，直至封闭混凝土表面所有裂缝。在12 h以后通过覆盖一层塑料薄膜进行连续蓄水养护。2.9 混凝土养护大体积混凝土施工中须做好保温保湿，在每次浇筑结束12 h后，都要覆盖混凝土表面，并通过适当的洒水来降低温度升高期间的混凝土内外部温差，从而避免温度裂缝的产生，同时防止由于表面脱水造成的干缩裂缝，确保水泥的水化反应能顺利完成，增强混凝土自身抵抗裂缝产生的能力。在现场对混凝土内外部温差与降温速率进行实时监测，若实测结果无法满足要求，应立即对保温养护措施进行必要的调整。大体积混

13、凝土模板拆除后，应尽快回填土，缩短结构直接暴露的时间。在大体积混凝土养护过程中，应注意以下几方面要点：1）安排专人做好保温养护，严格按照相关规范要求进行各类操作，并切实做好温度测试记录。2）一般情况下混凝土保湿养护时间应达到14 d以上，应经常对塑料薄膜覆盖情况与养护剂涂刷情况进行检查，确保混凝土表面始终湿润。3）当需要拆除覆盖层时，应分层分步进行，若混凝土表面和环境之间的温度差在20 以内，即可全部拆除。2.10 温度监测大体积混凝土施工过程中，要按照如下各项要求做好温度监测：1）混凝土内外部温差、温度降低速度和环境温度都在浇筑施工完成后按照4次/d以上的频率进行监测，混凝土入模温度一般每个

14、台班至少进行2次监测。2）在混凝土中按照最高温升、内外温差、降温速率和环境温度布置温度监测点，一般前7 d每4 h进行一次温度测试，之后每6 h进行一次。3）在选择测温元件时，应注意满足以下要求：所用测温元件最大测试误差不能超过 0.3 （常温条件下）；测温元件的有效测试范围应达到-30150。4）在安装与保护测温元件的过程中，应注意满足以下要求：在做好测温的同时及时绘制温度变化曲线与整个断面对应的温度分布曲线；当发现温控数据异常时，应在立即预警的基础上，采取针对性措施进行处理。3 大体积混凝土裂缝控制新措施上文提出的裂缝控制方法都是从施工角度入手通过降温等举措预防裂缝的形成，在公路桥梁大体积

15、混凝土施工技术日渐成熟的情况下，可采取一些较为新颖的裂缝控制方法，具体如下。1）通水冷却法以大体积混凝土内部温度实际分布规律为依据，在大体积混凝土高度方向上按1.2 m的间隔距离设置一层冷却水管，一般使用直径40 mm的HPB235钢管，在水平方向上按1.2 m的间隔距离进行布置。在正式通水开始前应做好压水试验，试验通水流量为25 L/min，相邻两根钢管之间的接头为钢接头，拐角部位同样使用钢接头和弯头。施工中先按照图纸进行钢管下料，并将其运输到施工现场；将钢筋绑扎到位后，按设计位置进行安装，在接头部位先均匀涂抹一层油漆，再将其完全拧紧，避免混凝土浇筑时发生漏浆将钢管堵塞，或在通水过程中发生漏

16、水。将钢管安装到位后开始试通水，经检查确定合格后开始下一道工序。将混凝土浇筑到钢管标高后即可开始通水，用于降低混凝土内部温度；在达到峰值后停止通水，以减慢混凝土降温速率。在大体积混凝土养生时，需以天气情况、水化热与进出水口温度等为依据及时调整水温、水压，一般情况下，冷取水管进口和出口温度不能超出15。2）加强施工动态控制在施工现场要对预拌完成的混凝土各项技术指标进行严格监控，并随时向现场技术人员通报，及时发现并处理混凝土自身品质问题。现场试验人员应随时抽查混凝土坍落度，并通过目测确定和易性，当发现明显的离析或已经达到初凝时，应立即将其清除出场，以免在施工中误用。4 结束语综上，大体积混凝土是公

17、路桥梁常见的结构形式，考虑到大体积混凝土与普通混凝土相比更容易产生裂缝，故本文对公路桥梁大体积混凝土裂缝成因和特点，以及相应的控制工艺进行了初步分析与总结，并探讨了通水冷却和加强施工动态控制两种创新控制方法，旨在为公路桥梁工程建设中的大体积混凝土施工提供技术参考，从根本上减少大体积混凝土结构裂缝的产生。参考文献：1 庄宝振.公路桥梁大体积混凝土常见裂缝与施工控制工艺分析J.中国住宅设施，2021（10）：127-128.2 李春塔.道路桥梁施工大体积混凝土裂缝成因及防治对策J.四川水泥，2021（2）：30-31.3 魏林，马成贤.桥梁工程大体积混凝土裂缝成因分析及控制措施J.高速铁路技术，2020，11（1）：38-40.4 张淞源.高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝成因及其控制措施J.建筑技术开发，2017，44（20）：121-122.100