任 玉 鹏

(银西铁路银川至吴忠客专工程建设指挥部，宁夏 银川 750403)



大体积混凝土施工裂缝控制方法探析

任 玉 鹏

(银西铁路银川至吴忠客专工程建设指挥部，宁夏 银川 750403)

介绍了大体积混凝土裂缝的类别，分析了裂缝出现的主要原因，从优化配合比、混凝土浇筑、埋设冷却水管、后期养护等方面，阐述了银西铁路吴忠至银川机场段大体积混凝土桥墩裂缝的控制方法，有效增强了混凝土结构的稳定性，降低了其安全风险，保证了整个高铁桥梁施工的顺利进行。

高铁桥梁，大体积混凝土，施工裂缝，冷却水管

0 引言

随着我国城市化建设步伐的加快，城市建筑逐渐趋于大型化，大体积混凝土目前已经成为许多大型建筑物中的主要材料。高铁的桥梁工程在城市交通运输中起到枢纽作用，大体积混凝土的应用在桥梁结构中已经越来越普遍，但大体积混凝土的裂缝问题，目前仍无法得到有效解决。

本文简单介绍了大体积混凝土裂缝的类别，分析了大体积混凝土裂缝出现的原因，并针对裂缝的控制方法进行了深入探究，提出了几条相应的控制方法，并对本文提出的裂缝控制方法进行了验证。

1 裂缝类别

大体积混凝土的裂缝主要有三种，分别为通透裂缝、浅层裂缝以及深层裂缝，一般裂缝开始于大体积混凝土的表面，形成浅层裂缝，在温度、环境等因素作用下，逐渐发展成为深层裂缝。深层开裂若无法得到有效的控制将最终发展成为通透裂缝。通透裂缝会对高铁工程的安全带来严重的威胁。

2 大体积混凝土裂缝的主要成因

1)水泥水化热。水泥水化热是造成混凝土裂缝的主要因素，大体积混凝土本身具有较大的面积和厚度，水泥在水化的过程中将产生大量的热量，而这些内部热量不易排出，从而混凝土表面与内部存在很大的温差。该温差使混凝土变形继而导致混凝土产生裂缝。施工的进度和质量在很大程度上都受裂缝深度和宽度的影响。

2)环境温度变化。高速铁路的建设在施工大体积混凝土会不可避免的受到来自环境以及温度的影响，由于施工过程中内部温度较高，若施工处于严寒地带或外界温度骤降，混凝土表面与内部极易形成温差，产生裂缝。

3)混凝土收缩。由于水泥在水化过程中水分的蒸发，且蒸发量的多少直接影响到大体积混凝土的稳定性，若在搅拌过程中蒸发量过多，超出混凝土的配合比例，混凝土会因收缩产生缝隙。

4)地基沉降。高铁桥梁在选址时，若对地质勘察不足，施工时可能会出现沉降，使得结构附加拉应力超过混凝土抗拉强度，产生裂缝。

3 银西铁路大体积混凝土桥墩的裂缝控制方法

在材料的配合比方面，大体积混凝土比普通混凝土要求更高，选择骨料时，要选择耐久、无裂缝且致密坚硬的石子，为改善混凝土的抗裂性能，首先应该选用含碱量偏低以及低水化热的水泥。早强水泥、C3A含量高的水泥以及磨细水泥等应尽可能避免被使用；其次组分均匀以及各项性能指标都稳定的矿物掺合料应优先选择；最后需水量比、细度和烧失量等关键指标也是需要注意的一个方面。针对银西铁路，大体积混凝土裂缝控制方法主要如下。

3.1 配合比优化

1)采用新型胶材体系。提高混凝土体积稳定性和抗裂性的一条很重要的措施就是在满足混凝土工作性能和强度这一前提下，最大限度减小胶凝材料用量以及浆体率。而在胶凝材料总量确定的情况下实现混凝土的高性能化，就要尽量减少水泥的用量并且使用大量矿物掺合料。

2)水胶比的适宜选择。混凝土耐久性的控制以拌合水最大用量为指标比，通过控制最大水胶比要更为有利，因为对水胶比的控制对混凝土中因为浆体过多引起的收缩以及水化热等负面影响起不到解决的作用。针对混凝土的防裂性能，要通过降低胶凝材料的用量和增加集料所占的比例来实现。

3)矿物掺合料与缓凝型高效减水剂的采用。针对混凝土内部由于水化热产生升温这一问题，可以通过添加矿物掺合料来缓解，因为矿物掺合料可以改善混凝土拌合物的施工性能，提高浆体与界面的致密性。此外矿物掺合料的添加还有利于还改善胶凝材料的组分，对抵抗环境中化学介质腐蚀的能力也有一定的提高。对于抑制水泥水化、缓解水化温峰的出现及降低温峰值，可以通过缓凝型高效减水剂中的缓凝组分来实现。通过使用矿物掺合料与高效减水剂进行双渗，可有效的减少水泥与水的用量，还可以起到密实混凝土内部结构的作用，对改善混凝土强度以及耐久性都是有益的。

3.2 混凝土的浇筑

承台混凝土准备工作完成后，因为承台面积较大，混凝土的浇筑需要尽可能避开阴雨天气，承台混凝土浇筑注意以下几方面：

1)从四角向中间对称浇筑，两台汽车泵均匀排开同时浇筑混凝土，混凝土泵管至浇筑混凝土表面的高度在2 m以内。

2)在混凝土开始浇筑前，为保证混凝土在输送管内顺畅运行，先行泵送1 m3水泥砂浆进行润管。

3)承台混凝土分层浇筑，分层厚度30 cm。混凝土浇筑应连续进行，特殊情况下其间歇时间要小于前一层混凝土的初凝时间，且在浇筑上层混凝土时，要求振动棒插入下层混凝土50 mm～100 mm。

4)采用插入式振动器进行振捣，振动棒的振动深度不超过棒长的2/3～3/4 ，振捣时要“快插慢拔”，不断上下移动振动棒，以便捣实均匀，对每一个振捣部位，一般振捣时间为20 s～30 s，要求振捣到该部位混凝土停止下沉、不出现气泡、表面呈现浮浆为止。

3.3 埋设冷却水管

通过埋设冷却水管，通过冷却水降低混凝土的温峰值是大体积混凝土施工中常见的有效的温控措施。朱伯芳[4]认为：通水冷却的效果受水管排列方式、管径、管间距、管长、水温、流量等因素的影响。其中控制水管间距是控制冷却效果最有效的手段，冷却水管的水平间距每减小一倍，冷却时间可以缩短约55%，随着冷却水管间距的增大，冷却效果会逐渐降低，对0.5 m之外的混凝土削峰效果不明显。此外，冷却水管的直径每增大一倍，冷却速度可提高约19.7%。冷却水管长度的增加会使冷却效果有所降低，基本上水管长度增加一倍对冷却效果的影响与冷却水流量减小一倍是相同的。

基于以上研究成果和工程经验，确定冷却水管规格为φ48 mm×2.5 mm，冷却水管间距为60 cm，可更大程度地提升降温效率，起到降温削峰的作用。单套水管长度为150 m～200 m。冷却水管的制作要采用具有一定强度而且导热性能好的铁皮管制作，尺寸使用φ48 mm×2.5 mm，弯管部分则可以采用冷弯工艺预处理(或采用PVC管)，管与管之间以全焊紧密连接。水管悬空部分需焊接竖筋对其进行固定，具体布置如图1所示。

承台布设4层冷却水管，其水平间距为100 cm，竖向间距为60 cm～70 cm，水管外侧距混凝土表面、侧面为60 cm～80 cm；每层共3套水管，每套水管设置一个进出水口，管长小于200 m。

采用河水做冷却水，并至少留有一台备用泵，在承台合适位置设置水箱，冷却水循环使用，要用分水器将各层各套水管集中分出。冷却水流量的控制可以通过在分水器中设置相应数量的独立水阀以及流量计来实现。后期通水速率可以通过设置一定数量的减压阀来实现。

3.4 混凝土的浇筑及后期养护

承台钢筋、模板安装完成后，利用钢管脚手架搭设的支架作为暖棚，采用棚布对暖棚进行封闭。在承台四周均匀布置4个火炉，当棚内温度及钢筋模板温度达到2 ℃以上时进行混凝土浇筑。

养护时，在承台四周均匀布置6个火炉，通过无烟煤炉用水壶烧水，利用水壶烧水产生的水蒸气进行保湿，以保证篷布内的环境温度在5 ℃以上。

拆模时，若条件许可，应适当延长带模养护时间。根据实测温度数据，在混凝土温差控制指标达到相应条件时，方可隔天、分层将保温层逐步揭开撤除，最后拆除模板。拆模后及早进行回填并浇筑圈梁。

4 结语

在高铁桥梁施工中，大体积混凝土的裂缝严重影响整个工程的顺利进行，本文首先介绍了大体积混凝土裂缝的类别，其次针对裂缝出现原因进行了详细探究。并针对新建的银西铁路吴忠至银川机场段大体积混凝土，通过控制相应的施工材料以及施工工艺，有效预防了裂缝的发生，同时避免了裂缝对整个工程带来的影响，从而保证整个工程的顺利进行，为高铁桥梁质量提供了可靠保障。

[1] 毛军杰.浅析混凝土桥梁裂缝的形成原因[A].建筑科技与管理学术交流会论文集[C].2014.

[2] 陆秋楸.桥梁施工中混凝土裂缝分析及控制处理[A].建筑科技与管理学术交流会论文集[C].2014.

[3] 朱艳男.高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝成因及控制措施[J].价值工程，2014(28):133-134.

[4] 朱伯芳.在大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社,1999.

Analysis on mass concrete construction cracks controlling methods

Ren Yupeng

(Yin-XiRailwayYinchuan-WuzhongPassengerSpecialRailwayEngineeringConstructionHeadquarter,Yinchuan750403,China)

The paper introduces mass concrete crack types, and analyzes major cracking causes. Starting from aspects of optimizing mixing proportion, concrete casting, embedding cooling-water pipe and post maintenance, it illustrates mass concrete cracks controlling methods at Wuzhong-Yinchuan airport section of Yin-Xi railway, which enhances the concrete structure stability, reduces its safety risks and guarantees smooth express-railway bridge construction as well.

express-railway bridge, mass concrete, construction cracks, cooling-water pipe

1009-6825(2017)07-0080-02

2016-12-24

任玉鹏(1974- )，男，工程师

TU755.7

A