桥梁工程中大体积混凝土裂缝的成因及对策？
桥梁工程中使用大体积混凝土非常普遍，但最大的缺点是容易产生裂缝，会影响混凝土的力学性能和耐久性，甚至导致结构破坏，大大缩短建筑物的使用寿命。因此，加强对大体积混凝土裂缝的控制是保证桥梁结构质量和安全使用的关键，必须引起高度重视。本文根据大体积混凝土的特点，探讨了大体积混凝土裂缝控制的施工工艺和措施。
1桥梁工程大体积混凝土的特点
1)桥梁工程中大体积混凝土多出现在底板和墩(台)上；2)大体积混凝土厚度一般在1 ~ 3m范围，多为板墙结构；3)施工气候一般较好，全年气温一般在0-35℃之间，0℃以下和35℃以上的天很少；4)近年来，现场混凝土运输多采用泵送方式。
2混凝土常见裂缝的类型及原因
底板、墩墙等。桥梁结构中通常是容易产生混凝土裂缝的部位。混凝土裂缝有多种形式，按其产生原因大致可分为三种:温度裂缝、结构变形约束裂缝和混凝土养护过程中的收缩裂缝。需要注意的是，上述三类裂缝并不能完全划分，特别是变形约束裂缝和温度裂缝有时是相互联系的，沿收缩裂缝形成的变形约束裂缝在实践中也有发现。
2.1温度裂缝
混凝土在养护过程中，由于水泥与水发生化学反应，产生大量水化热，导致混凝土内部温度迅速升高。笔者曾组织过相关工程施工期的混凝土测温，混凝土浇筑后2 ~ 3天温度达到最大值，构件中心温度一般可达55℃。而混凝土表面容易散热，内外温差造成内部压应力，外部拉应力，导致混凝土表面产生裂缝。随着水化热的降低，混凝土内部温度降低，压应力逐渐转化为拉应力。只要拉应力略大于混凝土的容许拉应力，由于应力集中，裂缝就可能继续向已经出现外部裂缝的内部发展。对于板结构，如桥墩和墙，通常形成贯穿接缝。温度裂缝的主要特点是发生在施工初期，通常在拆模过程中或拆模后不久即可发现。需要特别说明的是，有时已经发生的温度裂缝可能太小，不能及时发现，然后由于混凝土收缩变形的约束，裂缝扩大。
2.2结构变形约束裂缝
混凝土的养护是一个缓慢的过程。普通混凝土在养护初期不仅是一个由于水化热上升而产生的热膨胀过程，在后续的冷却过程和漫长的养护过程中也是一个收缩变形过程。此外，外界温度的变化也会导致混凝土构件的热胀冷缩变形。桥梁建筑的墩墙通常与其底板分期施工，间隔一般比较长。当墩墙混凝土收缩变形时，上部自由，下部受变形已基本稳定的底板约束，产生拉应力。当拉应力大于混凝土的容许拉应力时，就可能产生裂缝。
2.3收缩裂缝
混凝土的养护过程也是混凝土中水的挥发过程。如果失水过快，可能会出现干燥收缩裂缝。此外，如果混凝土的水灰比过大，通常会出现干燥收缩裂缝。结构表面出现收缩裂缝，表现为裂缝不规则，宽度小，深度浅。但由于水灰比大，收缩裂缝可能会更宽更深。无模板的表层裂缝可能在初凝后立即出现，有模板的自由面裂缝通常在拆模后开始。在工程实践中，经常发现长期浇筑混凝土仍可能出现表面裂缝。笔者认为，混凝土后期表面开裂的主要原因。
3防止裂缝的技术措施
3.1设计措施
1)注意地基的处理。大体积混凝土一般为整体结构，体厚、重量大，地基对基础的影响非常明显。在设计中，主要是防止地基不均匀沉降和改善对地基的约束影响。当地基为软土时，通常采用砂垫层或其他加固方法来防止地基的不均匀沉降。砂垫层不仅可以提高地基承载力，而且在施工过程中还可以设置盲沟进行排水，对减少地下水或地表水的影响有明显的作用。施工前，砂垫层应通过试验，使其在回填前具有最佳含水量和最大密实度。砂垫层还可以减少对混凝土基础的约束，所以在不均匀软土地基中，如果符合条件，应优先考虑更经济的砂垫层加固方案。
2)合理的拆分和分块不仅可以降低约束效果，缩小约束范围；同时，浇筑块的表面也可以用来散热，降低混凝土内部的温度。合理的接缝和分块应能调节结构的温度变化，保证混凝土有自由伸缩的空间，达到释放温度应力的目的。接缝的处理必须满足防止漏水的要求。3)钢筋的合理分布，钢筋和混凝土工作的基础是它们之间的粘结力。因为钢材的弹性模量约为混凝土的7-15倍，当混凝土的内应力达到抗拉强度并开始出现裂缝时，此时钢筋的应力很小。用钢筋来防止混凝土裂缝是不可能的，但合理的钢筋排列和分布可以减小混凝土的收缩，限制裂缝的发展。4)混凝土的设计标号不宜过高。在大体积混凝土结构中，机械强度和安全储备通常较高，但过高的强度储备会增加水泥用量，增加水化热。混凝土内部温度过高，内外温差过大，结构从表面开裂。
3.2模板和钢筋
3.2.1模板大体积混凝土施工，模板承受着羊混凝土的侧压力和振捣混凝土的振动力，所以绝对要保证模板及其支撑体系的可靠性，防止模板产生过大的变形。近年来，由于采用泵送混凝土，浇筑时间短而快，增加了对模板的侧压力。例如，当模板和支撑系统的刚度不够时，混凝土出现裂缝的可能性就更大。因此，大体积混凝土的模板应根据受力情况，从模板、横梁、立柱、拉杆以及支撑系统的所有构件进行分析计算，并取足够的安全系数。
3.2.2混凝土中钢筋的锈蚀和膨胀会使体积扩大，这也是大体积混凝土产生裂缝的原因之一。钢筋锈蚀的主要原因有:①使用锈蚀严重的钢筋前，必须做好钢筋的除锈工作，锈蚀严重的钢筋不得在工程中使用。(2)由于混凝土的密实性和抗渗性差，混凝土内部的钢筋容易被环境或地下水腐蚀，导致混凝土开裂。(3)混凝土中的一些化学物质，如氯化钙、氯化钠等，也是造成钢筋锈蚀的原因之一，因此在混凝土工程中应控制氯盐的含量，确保其含量低于规范要求。
3.3混凝土原材料
3.3.1水泥水泥对大体积混凝土裂缝的影响前面已经讲过了，这里不再赘述。水泥品种和用量对大体积混凝土裂缝有影响。论水泥的体积稳定性。如果水泥硬化后发生不均匀的体积变化，会引起结构产生膨胀裂缝，影响工程质量，甚至造成严重事故。因此，体积稳定性差的水泥应作为废物处理，不得用于大体积混凝土工程。
3.3.2骨料1)有害杂质，拌制混凝土的骨料应干净无杂质，以保证混凝土质量。2)骨料品种和粒径要求，砂按其平均粒径和细度模数分为粗砂、中砂和细砂。大体积混凝土通常使用粗砂或中砂。石头根据形状分为碎石和鹅卵石。当配合比相同时，碎石混凝土具有更高的强度和更好的抗裂性。当混凝土的抗压强度和坍落度相等时，卵石混凝土的水泥用量较少。对于抗裂性有特殊要求的工程，在没有碎石的情况下，也可以人工破碎卵石。所用石料的最大粒径越大，混凝土的密实性越好，可以节约水泥；但为了便于捣固，石料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，也不得大于钢筋最小间距的3/4。用泵输送混凝土时，石子的最大粒径也应满足要求，以免堵塞。
3.4混凝土配合比
混凝土配合比是指混凝土中各种成分的定量比例。混凝土设计的任务是根据原材料的施工条件，确定能满足工程要求的混凝土配合比，合理设计混凝土配合比，尽量减小混凝土坍落度，减少水泥用量。1)水泥的品种和用量。大体积混凝土宜选用低热或中热水泥，优先选用32.5或42.5级矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥。在施工条件允许的范围内，尽可能减少用水量。尽量少用水泥，可以降低水泥的总热值，从而降低混凝土内部的最高温度，这是大体积混凝土配合比设计要考虑的首要问题。2)掺入粉煤灰，减少水泥用量。粉煤灰的用量一般为水泥用量的15%左右，过大影响混凝土的耐久性。3)石料级配的质量与节约水泥、保证混凝土良好的和易性有很大关系。在实际工程中，如果单一材料不能满足上述级配要求，可以采用不同的粒径进行掺配试验，通过反复筛选最终确定合理的掺配比例。
4)和易性要求，和易性是指混凝土拌合物能保持混凝土成分的均匀性，避免离析，并在施工中易于操作的性能。大体积混凝土的特点是量大面广，要求混凝土连续作业，温度控制严格。因此，大部分混凝土由集中搅拌站供应。由于运输、浇筑、振动和气候的巨大影响，对混凝土的和易性提出了一些新的要求。(1)不同静置时间和气候条件对混凝土拌合物失水和坍落度的影响；②不同静置时间和气候条件对混凝土拌合物热(冷)损失的影响。5)外加剂的应用，在混凝土或砂浆中加入少量的外加剂，可以改善其性能，节约水泥用量，降低工程造价，缩短工期，是一种使用方便，效果显著的新材料。为了保证工程质量，掺外加剂时应注意以下几个问题:必须提前适应，掺量准确，搅拌均匀，注意搅拌顺序。
3.5混凝土浇筑方法
大体积混凝土浇筑方案应根据整体连续浇筑的要求，避免混凝土搅拌后长期使用，并结合结构尺寸、钢筋密度、混凝土供应条件(垂直和水平运输能力)等具体情况，选择以下三种方法。3.5.1全层混凝土应在整个结构中浇筑，这样当第一层浇筑完毕，第二层浇筑完毕时，已施工的第一层混凝土尚未初凝，应逐步进行，直至浇筑完毕。该方案适用于结构平面尺寸较小的工程，施工应从短边开始，沿长边推进；也可以分成两段，从中间向两端或从两端同时向中间进行。3.5.2分段分层适用于厚度较小但面积或长度较大的工程。施工时，先从底部浇筑混凝土，过一段距离后再浇筑第二层，其他层依次向前浇筑。
3.5.3斜面分层适用于长度超过3倍厚度的结构。振捣工作应从浇筑层的下端开始，逐渐向上移动。此时正向浇筑摊铺坡度应小于1: 3，以保证分层混凝土之间的施工质量。3.5.4浇筑混凝土时应注意以下问题:1)分层厚度每层混凝土的厚度不应超过振动器长度的1.25倍。振捣上层时，应插入下一层混凝土5cm左右，以消除两层之间的接缝；同时，振捣上层混凝土时，应在下层混凝土初凝前进行。混凝土的分层厚度除了振动器的长度和振动力外，还需考虑混凝土供应量、浇筑速度和钢筋的大小。在大体积混凝土工程中，一般可设置在400 ~ 600 mm，在少数混凝土工程中，250 ~ 350 mm为宜。2)防止混凝土离析。混凝土从2m以上的高度自由下落，应沿串筒、溜槽、滑槽等下落。确保混凝土不离析。漏斗和串筒的布置应根据浇筑面积、浇筑速度和混凝土的铺展能力确定，但间距不应大于3m，并应交错或行列式布置。
3.6控制混凝土内外温差
一般来说，当大体积混凝土内外温差超过25℃时，混凝土容易产生温度裂缝。就施工而言，由于环境和季节不同，混凝土内外温差很难控制。加强混凝土养护，增加混凝土养护时间，可以有效防止混凝土裂缝。而且冬夏季大体积混凝土施工的养护尤为关键:3.6.1冬季大体积混凝土施工的内外温差控制。由于冬季大体积混凝土施工气温较低，混凝土内部最高温度一般可达70℃，因此应做好混凝土的保温工作，同时增加温度检测的频率。一旦发现温差超过规范要求，应立即采取保温(表面蒸汽养护、增加覆盖层)等措施，保证混凝土内外温差。
3.6.2夏季大体积混凝土施工内外温差控制在较高水平。大体积混凝土施工时，首先保证混凝土入模温度不超过30℃，混凝土浇筑层厚度约为30cm，并尽量采取有利于混凝土散热的措施(不影响混凝土施工质量)。夏季主要采取以下措施保证大体积混凝土内部温差:①保温法:有条件时采用蓄水法。混凝土浇筑完成后，其表面积水约20 ~ 30cm。一旦混凝土内部温度升高，其表面积水的温度也随之升高，这样内外温差就能得到有效控制。即控制温度应力，降低混凝土裂缝的概率；(2)内冷法:通过预埋水管蒸发大体积混凝土内部温度，使内外温差满足规范要求。
3.7温度控制要求
温度控制是大体积混凝土施工的重要环节，是防止大体积混凝土裂缝的核心。3.7.1编制施工方案，提出切实可行的具体措施。制定计划时，应广泛听取有经验的工人和技术人员的意见。把保证质量的原因分析图和对策表并列出来，这样施工方案的相关措施才能落实，有问题也容易改正。以往一般强调温差的要求，即所谓的“温差控制”，但很少考虑温度应力，或者认为温差与温差应力成正比，不能有效防止温度裂缝的发生。必须指出的是，仅温差控制，由于结构的具体条件不同(包括结构尺寸、配筋、基础约束等。)，它们的温度应力不一样。这就充分解释了为什么采用同样的温差控制方式，有的项目不开裂，有的项目开裂。
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