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桥梁大体积混凝土裂缝施工控制郑群
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内容提示：针对桥梁大体积高强度混凝土施工特点，从配合比设计、材料选择、降温度保湿方法等方面分析了大体积混凝土产生裂缝的原因有水泥水化热的影响、混凝土的收缩、外界气温湿度变化的影响。其中水泥水化热是产生裂缝的关键因素，在施工中采取措施控制混凝土水化热的影响，防止危害裂缝的产生。
摘要：针对桥梁大体积高强度混凝土施工特点，从配合比设计、材料选择、降温度保湿方法等方面分析了大体积混凝土产生裂缝的原因有水泥水化热的影响、混凝土的收缩、外界气温湿度变化的影响。其中水泥水化热是产生裂缝的关键因素，在施工中采取措施控制混凝土水化热的影响，防止危害裂缝的产生。（参考《建筑中文网》）
关键词：大体积混凝土；裂缝；水泥水化热；施工控制
一、大体积混凝土的定义
什么是大体积混凝土?目前国内外的定义也不尽相同。日本建筑学会标准（JASS5）规定： “结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土”。美国混凝土学会（ACI）规定： “任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”，可以理解为： “任何现浇混凝土，只要有可能产生温度影响的混凝土均称为大体积混凝土。”
二、大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土结构通常具有以下特点：混凝土是脆性材料，桥梁工程中常用混凝土（Cl5～C40）抗拉强度只有抗压强度的8%～13%。大体积混凝土的断面尺寸较大，由于水泥的水化热会使混凝土内部温度急剧上升；以及在以后的降温过程中，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。现桥梁墩身及基础等大体积混凝土结构中通常只在表面配置少量钢筋，或者不配钢筋。因此，拉应力要由混凝土本身来承担。
1.水泥水化热
水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的2～5d左右，从而使混凝土内部温度升高。.尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
2.混凝土的收缩
混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩3种。在硬化初期主要是水泥水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
3.外界气温、湿度变化
大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对裂缝的产生有着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，极易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。
三、施工中的质量控制
1.通水冷却
在实际施工中，我们采用在承台钢筋骨架内铺设冷却水管的做法，增加进出水口（6进、6出），加快冷却水分循坏速进，快速降低承台内部的温度。
2.降低水泥水化热
（1）水泥品种选定。水泥水化热主要取决于水泥的矿物组成、用量和放热速率，因此应选择低中热水泥。水泥水化热主要来自水泥矿物中的C。S和C L，在大体积混凝土中，应优先考虑采用C。S和C L含量低的水泥，如大坝水泥等。
（2）减少水泥的用量。大量试验资料表面每立方米砼每减少10Kg水泥用量，砼的水化热温升降低1℃左右。在确定混凝土强度及坍落度的情况下，宜用大粒径骨料、合理的集料级配，通过掺粉煤灰、减水剂来减少水泥用量。
通过这两项措施，可以降低混凝土中水泥用量的25%~30%，降低绝热温升10℃左右。
3.降低入模温度
入模温度是指混凝土从拌和、运输至入模时的温度，降低入模温度的措施主要是对原材料进行预冷。可采用冷却拌和水如深井水或掺加冰屑直接对混凝土进行降温，但由于水在混凝土中所占热容量的百分比不大，因此单凭冷却水不能完全有效地降低混凝土的入模温度，还需对粗骨料、水泥进行处理。夏季施工时，应对粗细骨料进行搭棚遮阳，防止阳光直射而引起温升，以及在拌和前对粗骨料进行喷射冷却水降温，但实践表明，只有气温在30℃ 以上时，上述措施的效果才比较明显。水泥一般不作预冷，只对水泥罐进行自理即可，如选用浅色漆、水泥罐顶安装喷淋装置喷冷却水等。另外，尽量不要使用刚出厂的水泥。 此外，环境气温对混凝土的预冷效果影响较大，入模温度应控制在比环境温度高约5℃左右。
4.控制钢筋施工不当引起的裂缝
在施工时，一定要搭设工作平台，避免人员、机械对钢筋的扰动；要在钢筋网之间增加横向、竖向支撑钢筋，焊接成钢筋骨架，增加钢筋骨架的刚度和稳定性，以保证钢筋位置的准确。
5.拆模时的控制
新浇混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀变形受到约束而形成压应力，此时混凝土弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使混凝土与下层连接不牢固，因而压应力较小；当温度下降时，则产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，所浇混凝土会出现垂直裂缝。因温升达到最大值一般在3d以上，故拆模时间要控制在3d以上，以防拆模时降温造成更大的温度应力。
6.养护方法
对于大体积混凝土，一般采用通水冷却、蓄水养生、保温养护等措施。采用表面全保温养护法，即利用保温材料提高新浇筑的混凝土表面和四周温度，减少混凝土的内外温差，这是一种比较简便有效的温度控制方法。对于每一承台，都采用铜电阻测温设备进行测温控制，根据温差确定保温措施。保证混凝土内外温差，将混凝土表面和模板外侧温差控制在10℃ 左右。
四、结语
为防止大体积混凝土裂缝的产生，应从降低温度应力和提高混凝土的极限拉伸强度两方面着手。做好冷却和保温，浇筑前避免材料过热，浇筑后保温，降低温度应力。提高混凝土的极限拉伸，缓慢降温可充分发挥混凝土的应力松弛效应，提高抗拉性能。严格控制砂石质量，限制含泥量，正确选用混凝土级配，适当掺用外加剂，减少用水量，改进混凝土浇筑工艺，是提高混凝土强度的有效方法。适宜的温湿养护可减少收缩，充分发挥水泥水化作用，促使混凝土强度潜能得到充分发挥。充分做好以上几点，能有效防止大体积混凝土裂缝的产生。?
参考文献：
[1] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社.2006
[2] 吴海军，陈艾荣.桥梁结构耐久性设计方法研究[J]。中国公路学报，2004.3
[3] 汪双杰，陈建兵，黄晓明。热棒路基降温效应的数值模拟[J].交通运输工程学报.2005.3
[4] 刘柯.大体积混凝土温度监测及分析研究[J]。建筑技术开发，2005.3
[5] 袁广林，黄方意，沈华，等.大体积混凝土施工期的水化热温度场及温度应力研究[J].混凝土.2005 来源: 《建筑中文网》.
关键词：大体积混凝土；裂缝；水泥水化热；施工控制
一、大体积混凝土的定义
什么是大体积混凝土?目前国内外的定义也不尽相同。日本建筑学会标准（JASS5）规定： “结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土”。美国混凝土学会（ACI）规定： “任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”，可以理解为： “任何现浇混凝土，只要有可能产生温度影响的混凝土均称为大体积混凝土。”
二、大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土结构通常具有以下特点：混凝土是脆性材料，桥梁工程中常用混凝土（Cl5～C40）抗拉强度只有抗压强度的8%～13%。大体积混凝土的断面尺寸较大，由于水泥的水化热会使混凝土内部温度急剧上升；以及在以后的降温过程中，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。现桥梁墩身及基础等大体积混凝土结构中通常只在表面配置少量钢筋，或者不配钢筋。因此，拉应力要由混凝土本身来承担。
1.水泥水化热
水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的2～5d左右，从而使混凝土内部温度升高。.尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
2.混凝土的收缩
混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩3种。在硬化初期主要是水泥水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
3.外界气温、湿度变化
大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对裂缝的产生有着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，极易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。
三、施工中的质量控制
1.通水冷却
在实际施工中，我们采用在承台钢筋骨架内铺设冷却水管的做法，增加进出水口（6进、6出），加快冷却水分循坏速进，快速降低承台内部的温度。
2.降低水泥水化热
（1）水泥品种选定。水泥水化热主要取决于水泥的矿物组成、用量和放热速率，因此应选择低中热水泥。水泥水化热主要来自水泥矿物中的C。S和C L，在大体积混凝土中，应优先考虑采用C。S和C L含量低的水泥，如大坝水泥等。
（2）减少水泥的用量。大量试验资料表面每立方米砼每减少10Kg水泥用量，砼的水化热温升降低1℃左右。在确定混凝土强度及坍落度的情况下，宜用大粒径骨料、合理的集料级配，通过掺粉煤灰、减水剂来减少水泥用量。
通过这两项措施，可以降低混凝土中水泥用量的25%~30%，降低绝热温升10℃左右。
3.降低入模温度
入模温度是指混凝土从拌和、运输至入模时的温度，降低入模温度的措施主要是对原材料进行预冷。可采用冷却拌和水如深井水或掺加冰屑直接对混凝土进行降温，但由于水在混凝土中所占热容量的百分比不大，因此单凭冷却水不能完全有效地降低混凝土的入模温度，还需对粗骨料、水泥进行处理。夏季施工时，应对粗细骨料进行搭棚遮阳，防止阳光直射而引起温升，以及在拌和前对粗骨料进行喷射冷却水降温，但实践表明，只有气温在30℃ 以上时，上述措施的效果才比较明显。水泥一般不作预冷，只对水泥罐进行自理即可，如选用浅色漆、水泥罐顶安装喷淋装置喷冷却水等。另外，尽量不要使用刚出厂的水泥。 此外，环境气温对混凝土的预冷效果影响较大，入模温度应控制在比环境温度高约5℃左右。
4.控制钢筋施工不当引起的裂缝
在施工时，一定要搭设工作平台，避免人员、机械对钢筋的扰动；要在钢筋网之间增加横向、竖向支撑钢筋，焊接成钢筋骨架，增加钢筋骨架的刚度和稳定性，以保证钢筋位置的准确。
5.拆模时的控制
新浇混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀变形受到约束而形成压应力，此时混凝土弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使混凝土与下层连接不牢固，因而压应力较小；当温度下降时，则产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，所浇混凝土会出现垂直裂缝。因温升达到最大值一般在3d以上，故拆模时间要控制在3d以上，以防拆模时降温造成更大的温度应力。
6.养护方法
对于大体积混凝土，一般采用通水冷却、蓄水养生、保温养护等措施。采用表面全保温养护法，即利用保温材料提高新浇筑的混凝土表面和四周温度，减少混凝土的内外温差，这是一种比较简便有效的温度控制方法。对于每一承台，都采用铜电阻测温设备进行测温控制，根据温差确定保温措施。保证混凝土内外温差，将混凝土表面和模板外侧温差控制在10℃ 左右。
四、结语
为防止大体积混凝土裂缝的产生，应从降低温度应力和提高混凝土的极限拉伸强度两方面着手。做好冷却和保温，浇筑前避免材料过热，浇筑后保温，降低温度应力。提高混凝土的极限拉伸，缓慢降温可充分发挥混凝土的应力松弛效应，提高抗拉性能。严格控制砂石质量，限制含泥量，正确选用混凝土级配，适当掺用外加剂，减少用水量，改进混凝土浇筑工艺，是提高混凝土强度的有效方法。适宜的温湿养护可减少收缩，充分发挥水泥水化作用，促使混凝土强度潜能得到充分发挥。充分做好以上几点，能有效防止大体积混凝土裂缝的产生。?
参考文献：
[1] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社.2006
[2] 吴海军，陈艾荣.桥梁结构耐久性设计方法研究[J]。中国公路学报，2004.3
[3] 汪双杰，陈建兵，黄晓明。热棒路基降温效应的数值模拟[J].交通运输工程学报.2005.3
[4] 刘柯.大体积混凝土温度监测及分析研究[J]。建筑技术开发，2005.3
[5] 袁广林，黄方意，沈华，等.大体积混凝土施工期的水化热温度场及温度应力研究[J].混凝土.2005 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200908/13384.htm
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