宋 健, 王庆华

1中铁七局集团郑州工程有限公司 2河南省建筑设计研究院有限公司

高速铁路客运专线铁路工程的结构设计均提出了设计使用年限100年的要求，对混凝土结构而言，尤其是客运专线的建设,大体积混凝土在客运专线大型桥梁结构中的应用已经变得非常普遍。然而，混凝土在国内外的应用实践表明，开裂问题已成为亟待解决。裂缝影响着工程进度，更给结构本体造成不可预知的损伤,大大降低了结构的使用性能。因此,有必要通过对开裂问题尤其是早期裂缝产生的原因进行综合分析,总结出比较符合实际的建议和措施,切实解决混凝土施工过程中出现的裂缝问题,提高施工质量。

1 大混凝土施工裂缝分类

大体积混凝土裂缝的类型大致可以分为三种:

1）收缩裂缝:混凝土的收缩引起的裂缝。

2）温差裂缝:混凝土内部和外部的温差过大产生裂缝。

3）安定性裂缝:安定性裂缝表现为龟裂，主要是因水泥安定性不合格而引起。

2 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:1）混凝土是脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的1／10左右；2）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;3）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。

2.1 水泥水化热的影响

水泥水化过程中放出大量的热,且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500 J左右的热量，如果以水泥用量350 kg/m3～550 kg/m3来计算,每立方米混凝土将放出17 500 kJ～27 500 kJ的热量,从而使混凝土内部温度升高（可达70℃左右，甚至更高）。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三种。在硬化初期主要是水泥石在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 外界气温湿度变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。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。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容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 对混凝土裂缝的控制

3.1 材料的控制

施工工艺是保证混凝土构件质量的关键。施工操作应严格按照施工技术规范的有关规定进行,对原材料(钢筋、水泥、砂、碎石、水等)进行严格的抽样检验,对混凝土成份比进行测试;在高温下或雨后施工还应对砂、碎石进行含水量测试,以及时调整施工配合比,确保施工质量。

3.2 混凝土拌和浇筑

混凝土应严格按配合比计量投料,拌和时间应在l～2 min或更长。浇筑时分层浇筑，分层厚度不应大于30 cm,振捣时应让振捣棒插入前层5～l0 cm,振捣时间为lmin左右,直至排出气泡为止。

3.3 混凝土坍落度的控制

混凝土坍落度是混凝土施工检测手段,主要用于评价混凝土拌和物的和易性。在施工过程中准确控制坍落度,可提高混凝土的内在强度及混凝土表面光洁度。若在施工时忽略高温下的坍落度会降低混凝土的和易性及粘性,从而出现离析现象,使得混凝土构件表面出现蜂窝、麻面、露砂等缺陷,减弱土的内在强度。

3.4 混凝土运输

混凝土运输是混凝土施工过程中的一道工序,在此工序中应保证运输工具不渗漏、不析水、避开日晒雨淋。在运输过程中,混凝土不能离析,运输时间不应长于30 min，在高温下运输应及时检测混凝土坍落度,并补充蒸发造成的水分损失,及时调整坍落度。

3.5 混凝土养生

养生的目的是减少混凝土内外温差,防止混凝土表面裂缝,增强混凝土内在强度。混凝土养生的方法有洒水养生、薄膜养生、蒸汽养生等。在桥梁施工中多采用洒水和薄膜两种养生方法。在混凝土浇筑完毕后,应立即对混凝土构件进行覆盖,保持湿润。养生时间不应少于7天。养生使混凝土具有足够的耐久性和强度,并且减少混凝土构件变形,避免混凝土过分泛白,或因收缩而发生裂缝。

3.6 混凝土温度控制方法

1）混凝土的生产、运输、浇筑和温度及表面养护，是保护大体积混凝土温度裂缝的关键环节。而控制手段主要是控制混凝土的内外温差△T:

式中:Tp—起始浇筑温度；Tr—水泥水化温升；Tf—天然或人工冷却后浇筑块的稳定温度。

2）大体积混凝土内部最高温度计算

在大体积混凝土施工前先进行混凝土绝对升温计算,以便预先采取相应措施降低温度，改变约束条件，防止混凝土裂缝，确保大体积混凝土的施工质量。混凝土内部的最高温度Tmax按下式计算:

式中:T0—混凝土的浇筑入模温度(℃);W—每立方米混凝土中水泥的用量 (kg/m3)；F—每立方米混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3)；Q—每千克水泥水化热(J/kg)；C—混凝土的比热；r—混凝土的密度；ξ—不同厚度的浇筑块散热系数，可参考客运专线铁路混凝土工程施工技术指南相关。

4 结语

大体积混凝土很容易产生裂缝,产生裂缝的原因很多,情形也非常复杂,不仅要严格控制混凝土自身收缩,还应在施工关键环节上进行科学合理控制,及时采取相应适当的措施,就能有效地控制大体积混凝土施工过程中大部分裂缝的产生,从而提高混凝土的施工质量,延长其寿命。对桥梁工程中大体积混凝土的裂缝原因与控制进行深入系统的研究，对工程质量、安全、节能、环境与劳动保护等方面都具有重大的意义，保证了又快又好的客专建设。

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