市政桥梁工程大体积混凝土温控与防裂措施探讨

摘　要：当前，随着我国市政工程投入的进一步增大，各类桥梁在市政工程的应用日益广泛，大体积混凝土在桥梁结构中应用的越来越多，但同时也暴露出一些问题。因大体积混凝土的水泥水化热使结构产生温度较高，易产生温度裂缝，给桥梁造成安全隐患。本文从桥梁工程大体积混凝土温度裂缝的危害出发，简要介绍了温度裂缝产生的机理，并从三大方面提出温控与防裂的措施，有一定参考价值。
关键词：市政桥梁；大体积混凝土；裂缝；温控与防裂
所谓大体积混凝土，我国普通混凝土配合比设计规范规定：混凝土结构物中实体最小尺寸不小于lm的部位所用的混凝土即为大体积混凝土。当前，随着国家建设投资的发展，而且主要应用于主要受力部分，但是，相应暴露出来的问题也越来越多，由于大体积混凝土在施工阶段会因水化热释放引起内外温差过大，进而产生温度裂缝，降低承台基础的承载能力以及混凝土的耐久性，造成桥梁安全隐患，严重时甚至发生垮塌事故，危害极大。因此，在对城市基础设施要求越来越高的今天，如何防止市政桥梁温度裂缝的产生或把裂缝控制在允许的范围内，以保证人民生民财产安全，意义重大。
　　1.桥梁工程大体积混凝土温度裂缝的危害
　　大体积混凝土的温度裂缝不论是对其应力状态还是其使用寿命，都危害极大，即使是一般的表面裂缝，对会影响混凝土的耐久性。混凝土内部温度应力和结构应力迭加，整个结构的应力状态变化，对今后使用阶段具有不容忽视的影响。一旦形成基础贯穿裂缝或深层裂缝，则危害十分严重，这两类裂缝都破坏了结构的整体性，改变了设计的应力分布状态及混凝土建筑物的受力条件，从而可能使局部或整体结构发生破坏。因此在设计大体积混凝土结构时，可以说，温控设计与结构设计同等重要。近年来，随着施工技术水平的不断提高，混凝土建筑物结构尺寸越来越多地向高大方向发展，大体积混凝土在市政等工程中被广泛采用，许多市政工程混凝土结构物应用向大型化发展，混凝土工程量巨大，市政桥梁工程作为城市交通设施中的咽喉工程，桥梁基础工程的质量对于桥梁的安全运营具有前提性的作用，而随着大跨、高墩桥梁日益增多，基于对桥梁稳定性的要求，桥梁基础的尺寸也越来越大，基础部位的温度裂缝成为了桥梁设计和施工过程中必须重点考虑的问题之一，基础部位一旦出现超出允许范围的裂缝，必将留下严重的安全隐患，轻则导致桥梁结构变形，无法正常使用，重则导致桥梁倒塌，造成巨大的生命财产损失，因此，如何防止大体积混凝土的温度裂缝，值得关注。
　　2.市政桥梁大体积混凝土温度裂缝产生机理
　　一般而言，混凝土裂缝产生的原因主要包含如下几种，即温度裂缝、干缩裂缝、钢筋锈蚀裂缝、碱-骨料反应裂缝、超载裂缝等。大体积混凝土的温度裂缝主要由混凝土水化热引起的，且随着一次性浇筑混凝土体量的增加，其内部因温度不均匀带来的温度应力及开裂的现象会越来越严重，具体而言，可简单分为以下两个阶段：第一阶段为混凝土浇筑初期升温阶段。若外表温度较低，内部温度持续升高，则混凝土一旦初凝以后，内部混凝土升温膨胀，就会造成大体积混凝土的表面开裂，而这种开裂常常会被误认为是混凝土表面的洒水、养护不好造成的龟裂。第二阶段为混凝土硬化后期的降温阶段。当核心混凝土进入降温阶段后，随着温度的降低，体积缩小，如果存在较大的内外温差，则内部温度下降时，外部降温数值较小，这就会在核心混凝土中形成较大的拉应力乃至拉裂缝。
　　3.市政桥梁大体积混凝土温控与防裂措施
　　3.1合理选择水泥，优化混凝土配合设计以减少温度变形
　　高强高性能混凝土的材料选择及配合比的优化设计是降低温差的重要环节，具体如下：1)优先采用水化热低、凝结时间长的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥等。2)优化混凝土配合比，尽量降低水灰比。利用双掺技术来配制混凝土，即在混凝土中同时掺粉煤灰和高效减水剂，粉煤灰由于其火山灰活性及滚珠效应，以提高混凝土的后期强度，降低水化热等功能。高效减水剂可减少水泥用量，增强混凝土的可泵性，降低混凝土的水化热。高效减水剂冬季选用普通型，夏季宜选用缓凝型，有利于减小混凝土结构的温度应力。3)严格控制骨料的质量，石子宜采用连续级配，砂子宜采用中砂，并检查骨料的碱活性，以防与水泥发生碱骨料反应而导致裂缝。4)对于大体积混凝土基础，根据设计荷载出现的时间，可利用混凝土的后期强度，如混凝土龄期60d或90d的强度。从而降低每立方米混凝土的水泥用量，进而减少水化热。
　　3.2 改善约束条件和构造设计，以减小温度应力
　　1）采取合理的结构形式和合理的分块。设计阶段应综合考虑结构形式，施工阶段的砼浇筑尺寸对温度应力有着重要影响。浇筑块越大，温度应力越大，就越容易产生裂缝。实际经验和理论分析表明，当浇筑尺寸控制在15×15m左右时，温度应力比较小，基础约束高度3m～4m。2）合理设置分布钢筋，尽量采用小直径密间距布置；采用直径8～14mm的钢筋和10～15cm间距是较合理的，全截面配筋率不小于3%，宜在3%～5%之间，受力筋能满足构造要求的，不再增加温度筋，构造筋不能起到抗约束作用的，应增配温度筋，变截面处配置加强分布筋。3）在改善结构物的约束条件不影响使用时（如承压式基础），宜在混凝土垫层上设置滑动层，如采用一毡二油。
　　3.3 采取合理施工措施，做好混凝土的温度控制
　　3.3.1在高温季节、高温时段浇筑的措施。1)除水泥水化温升外，混凝土本身的温度也是造成体积变化的原因，有条件的应尽量避免在夏季浇筑。若无法做到，则应避免在午间高温时浇筑。2)高温季节施工时，设混凝土搅拌用水池(箱)，拌和混凝土时，拌和水内可以加冰屑(可降低3～4℃)和冷却骨料(可降低10℃以上)，降低搅拌用水的温度。3)高温天气时，砂、石子堆场的上方设遮阳棚或在料堆上覆盖遮阳布，降低其含水率和料堆温度。同时提高骨料堆料高度，当堆料高度大于6m时，骨料的温度接近月平均气温。4)向混凝土运输车的罐体上喷洒冷水、在混凝土泵管上裹覆湿麻袋片控制混凝土入模前的温度。5)预埋钢管，通冷却水。若绝热温升很高，有可能因温度应力过大而导致温度裂缝时，浇灌前，在结构内部预埋一定数量的钢管，除在结构中心布置钢管外，其余钢管的位置和间距根据结构形式和尺寸确定。