王家沟大桥混凝土裂缝的分析及处理

副标题#e#摘要：宁西线王家沟大桥墩台混凝土施工中，出现多处不同程度的裂缝，针对分析这一现象对裂缝产生的原因，提出了相应的预防和控制措施，保证大桥的施工质量。
　　关键词：混凝土，裂缝原因，控制措施
　　宁西线铁路工程K919+408.96王家沟大桥，位于安徽省合肥境内，在墩台混凝土施工过程中，多处出现不同程度的裂缝，就其裂缝产生的原因及相应的预防和控制措施分析如下：
　　1原因分析
　　混凝土结构出现裂缝的原因与机理是一个比较复杂的问题，但引起混凝土裂缝，并造成更大危害的主要原因是混凝土的温度裂缝。
　　1.1表面裂缝
　　表面裂缝多出现在混凝土凝结硬化初期——即混凝土升温阶段。这是因为水泥水化过程会释放大量的水化热，混凝土表面和边界与外界快速进行热交换，温度基本与外界气温相同，而在中心区域的热量不易散发，致使其内部温度升高，一般情况下内外温差可超过25度（冬季温差更大）。由于温差的存在，使混凝土内部产生应力，在温度应力的作用下，新浇混凝土产生表面裂缝。
　　1.2结构性裂缝
　　结构性裂缝多产生在混凝土凝结硬化末期至完成硬化——即混凝土降温阶段。当水泥与水反应完毕，其所产生的水化热逐渐散失，加之混凝土内部拌合物水化和蒸发，以及胶质体的胶凝等作用，促进了混凝土的收缩，这两种收缩在进行时由于受到基底及结构本身的约束，以致产生较大的收缩应力，当这种收缩应力超过一定的限度，其所产生的温度应力就会在新浇注混凝土中产生收缩裂缝，这种收缩裂缝有时会贯穿混凝土基础全断面，成为结构性裂缝。
　　2主要的控制措施
　　控制混凝土温度裂缝措施可分为材料控制和施工措施控制。
　　2.1材料控制
　　2.1.1水泥的选用
　　产生混凝土结构裂缝最主要的原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期温升及后期降温现象。如果采用中低水化热的水泥品种，如325、425矿渣水泥，其早期强度低，强度上升慢，大大降低了水化热的峰值。有资料表明：水泥用量每增减10kg，水化热亦相应升降1℃，因此可根据结构的实际承受荷载情况，采用R60和R90替代R28作为设计强度，这样可使每立方米混凝土的水泥用量减少40～70kg左右，温度也相应的可望降低4～7℃。
　　2.1.2掺入外加剂
　　在混凝土制作中掺入一定的外加剂或外掺料，可以起到降低水化热的作用。例如，泵送混凝土中掺入水泥用量0.25％的木钙减水剂，不仅可以改善混凝土的和易性，同时又减小了10％的拌和水，节约10％左右的水泥，从而降低了水化热；在混凝土中掺入一定数量的缓凝剂，能有效地降低混凝土水化热峰值；在混凝土中掺入一定数量的粉煤灰后不仅能代替部分水泥，而且由于粉煤灰颗粒呈球状起润滑作用，可以改善混凝土的可泵性，降低的水化热是比较显著的。
　　2.1.3掺加大块石
　　在大体积混凝土中掺加坚实无裂缝的大石块，不仅减少了混凝土总用量，使水泥用量减少，降低了水化热，而且石块本身可吸收热量，使水化热能进一步降低。
　　2.1.4改善粗细骨料级配
　　采用自然连续级配粗细料配制的混凝土具有较好的和易性、较少的用水量和水泥用量，细骨料以采用中、粗砂为宜。试验资料表明：采用细度模数为2.79、平均粒径为0.318的中粗砂，相比采用细度模数2.12、平均粒径0.236的细砂，每立方米混凝土可减少用水量20~25kg，水泥可相应减少28～25kg。
　　2.2施工措施控制
　　2.2.1优化施工组织
　　根据混凝土的施工环境、气温等条件，可采取跳仓作业、分层和分块浇筑等措施，按要求留设伸缩缝，通过简单有效的施工组织安排和施工措施，降低混凝土的内外温差。
　　2.2.2降低混凝土出机温度
　　混凝土的各种原材料中，石子的比热较小，但石子所占的重量最大；水的比热最大，但其重量在混凝土中只占一小部分。因此，对混凝土出现温度裂缝影响最大的是石子及水的温度，砂的温度次之，水泥的温度影响最小。为了降低出机温度，最有效的办法是降低石子的温度。
　　2.2.3控制浇筑温度
　　混凝土灌注中温度控制，根据不同季节可以采取相应的措施。对于夏季施工，从降温保凉开始；对于冬季施工，应确保混凝土正温浇筑，保温养护。在混凝土没有达到允许临界强度前应防止发生冻害。
　　2.2.4设置冷却管，采用循环水散热
　　对于超大体积的混凝土，采用常规做法往往不能有效的疏散水化热，为此可采用布设冷却管，通入冷却循环水法，加快混凝土结构内部热量的散发。
　　2.2.5混凝土的养护
　　温度、湿度直接影响混凝土的强度，因此在混凝土养护时，一方面应使其免受不利温、湿度变化的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以达到设计的强度和抗裂能力。混凝土的养护方法、时间与自然温度、混凝土成分有关，冬、夏季不同季节养护时应采用不同的养护方法。冬季施工一般采取综合蓄热及蒸养法。混凝土浇筑并达到一定强度后方可拆模，不能急于拆模，以免引起混凝土表面的早期裂缝破坏混凝土结构。
　　3主要控制措施的实际应用
　　宁西线铁路工程K919+408.96王家沟大桥工程施工时，最初施工的2号桥墩基础拆模后发现有多处不同程度的裂缝现象。对此，通过对混凝土裂缝产生机理的分析，查阅有关技术规范及当地的施工指南，根据施工期间的气候条件，措施如下：
　　3.1配合比及原材料选择。为降低水泥用量减小水化热对混凝土温度的影响，选用普通水泥，中粗砂含泥量控制在1%以内，碎石为5～40毫米，含泥量控制在1%以内。因混凝土中的砂石含泥量与混凝土的收缩有很大关系，含泥量愈大，对防裂愈不利。
　　3.2掺加0.25％木钙减水剂，严格控制水灰比在0.6左右，选用低砂率，塌落度在1~3cm。施工现场配备2台磅秤，盘盘过磅，保证配合比准确、统一。
　　3.3保证混凝土供应及浇筑连续，避免施工缝。施工中重视浇筑和振捣要求，以保证混凝土密实、整体。
　　3.4抹面、养护。基础混凝土初凝前用刮尺赶平，用木抹子第一次抹面。初凝后到终凝前用铁抹子碾压表面数遍，将混凝土表面不均匀、不规则的裂缝闭合。最后用木抹子第二次抹面，闭合收水裂缝，随后立即在混凝土的表面覆盖黑色塑料薄膜，薄膜上再盖一层草袋使混凝土内蒸发的游离水积在混凝土表面进行蓄热保温养护。
　　3.5当白天日照温度较高时，把覆盖在混凝土结构上的保温材料打开，使吸收太阳热能，夜间再加于覆盖。侧模5天后拆模，并立即覆盖塑料薄膜及草帘子。经过15天塑料薄膜保温养护后，拆除塑料薄膜，并放水进行自然积水保温养护。
　　通过这些措施的实施，在其后的墩台混凝土施工过程中没有再出现类似的裂缝现象。所以，通过选择适当外加剂，充分利用混凝土自身产生的水化热，对混凝土实行蓄热、自身养护，既能防止混凝土出现裂缝，保证施工质量，又可节省费用。
　　4结束语
　　实践表明，预防混凝土裂缝的关键是温度控制，施工过程中应把握住三个原则：①升温不要太早和太高；②降温不要太快；③混凝土中心和表面之间、新老混凝土之间以及混凝土表面和周围环境之间的温度差不要太大。为了控制温度，较为简单有效的措施主要有：改善混凝土的性能，加强捣固，提高均匀性；控制混凝土的水灰比和塌落度；控制砂石骨料的规格、含泥量、强度等级；重视养护，严格控制拆模时间，拆模后应立即进行保温或回填，确保混凝土达到临界强度前不遭受负温作用等。
　　本文结合施工现场实践，对混凝土裂缝的原因进行了简单的分析，并阐述了施工过程中防止裂缝产生的一些方法及措施，以引起广大工程技术人员探索与研究的兴趣，以期使混凝土裂缝问题得到切实有效的控制。
　　参考文献：
　　［1］ Tz210—2005铁路混凝土工程施工技#p#副标题#e#术指南