于兴川

摘要：本文分析了铁路桥梁大体积混凝土产生裂缝的原因，对在施工中如何采取措施控制大体积混凝土裂缝的产生，提出了几点看法。

关键词：桥梁；大体积混凝土；裂缝；水化热

1 前言

随着国家铁路建设的发展，大体积混凝土在桥梁结构中应用的越来越多，而且大多数都应用于主要受力部分，与此同时暴露出来的质量问题也越来越多，其中，大体积混凝土的裂缝问题尤为突出。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1m的部位所用的混凝土即为大体积混凝土；美国则规定为：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。目前，国内外对机械荷载引起的开裂问题研究得较为透彻。而对温度荷载引起得有关裂缝的研究尚不充分。我们应对此加以重视，防止危害结构的裂缝产生。另外对于大体积混凝土内温度应力与裂缝控制也多集中在水利工程中的大坝、高层建筑的深基础底板。而对于铁路桥梁中大体积混凝土的裂缝的研究并未得到足够的重视。

2 大体积混凝土裂缝产生的原因

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

3 铁路桥梁工程大体积混凝土裂缝的控制

桥梁工程大体积混凝土裂缝的产生主要是设计和施工两方面的原因，因此主要从以下五个方面来进行控制：

3.1 优化铁路桥梁工程大体积混凝土的设计

铁路桥梁工程大体积混凝土裂缝的控制首先从设计方面来考虑，主要从以下几个方面来优化设计：即使铁路桥梁工程大体积混凝土不布置钢筋或者布筋较少，为避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。如在孔洞的周围以及转角处等布景一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，提高混凝土的极限拉伸能力，这样可以有效的控制裂缝的发展；在设计中优先考虑利用中低强度水泥，充分利用混凝土的后期强度；对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝；增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距；在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。

3.2 合理选择水泥品种及用量

理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。于是，我们对于桥梁中的大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙，其他成分依次为硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙。另外，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。

精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)二掺(掺高效减水剂和高性能引气剂)一高(高粉煤灰掺量)”的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值的抗裂混凝土。

3.3 充分利用混凝土的后期强度

根据工程特点，充分利用混凝土后期强度，可以减少用水量，减少水化热和收缩。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28d向混凝土施加设计荷载，因此将试验混凝土标准强度的龄期向后推迟至56d或者90d是合理的。基于这一点，国内外很多专家均提出类似的建议。这样充分利用后期强度则可以每立方米混凝土减少水泥40Kg～70Kg左右，混凝土内部的温度相应降低4℃ ～7℃。

3.4 掺合料和外加剂的利用

要降低铁路桥梁工程中大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的方法之一。粉煤灰只要细度与水泥颗粒相当，烧失量小，含硫量和含碱量低，需水量比小，均可掺用在混凝土中使用。通过试验掺入粉煤灰，掺量15％左右。在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，一方面可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值；另一方面可以节约水泥用量，水泥用量减少既可以降低成本，又可以降低大体积混凝土的水化热，根据经验数据，每lOkg水泥约产生l℃的水化热，水化热降低了，一方面有利于对大体积混凝土裂缝的控制，另一方面保温和养护费用也随之减少，节约成本。

对于高强混凝土外加剂可以参膨胀剂及高效减水缓凝剂。

膨胀剂，它可以等量替换水泥。并且是混凝土产生适度的膨胀。一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力，以抵消混凝土中产生的部分拉应力。

混凝土本身水泥水化需水量约为水泥重量的l／4，即理想水灰比应是0．25。而实际施工时，为了满足施工工作度的要求，其用水量比理想的用水量要大得多，使混凝土中存在多余的水分，造成混凝土孔隙率及收缩率增大，强度和耐久性降低，使混凝土质量变劣。国内多项工程试验证明合理的掺用减水剂或高效复合减水剂，能使混凝土用水量减少25％左右，从而降低水灰比，提高混凝土的柔塑性，延缓水化热的峰值期并可降低水泥早期的水化热，改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度，提高混凝土的强度。

3.5 合理选择骨料

优选混凝土各种原材料。在条件许可情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。

骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80％．83％，在骨料的类型选择上应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。粗细骨料的含泥量应尽量减少。在骨料的粒径选择上应该选取粒径大强度高级配好的骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土裂缝的开展。

3.6 施工中的温控措施

施工时在混凝土结构内部埋设冷却水管和测温点，通过冷却水循环，降低混凝土内部温度，减小内表温差，控制混凝土内外温差小于25'C，通过测温点测量，掌握内部各测点温度，以便及时调整冷却水的流量，并采取相应的养护措施，控制温差。同时还应加强对混凝土表面的保温处理及其养护。尤其是冬季施工时应适当延缓混凝土的拆模时间，可以避免混凝土表面温度骤然降低而形成较大的温度梯度。

结束语

在控制大体积混凝土温度裂缝时既要控制混凝土的内外温差又要防止混凝土表面温度的突然变化。重视温度监测，实际施工中应随时监测混凝土内部温度和内外温差的变化趋势，并据此来调整温控措施，确保混凝土不开裂。影响大体积混凝土开裂的因素很多，应从造成裂缝的各种原因着手，采取全面防治措施，并根据工程具体情况确定防裂重点。

参考文献

[1]高粱.桥梁工程大体积混凝土裂缝的产生原因及控制方法.河南科技 2007第5期.

[2]崔会林.桥梁大体积混凝土裂缝产生的原因及其控制措施.黑龙江科技信息.2007年第3期.