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摘要：如何防止温度应力和收缩应力裂缝,是大体积混凝土结构施工中的一个重大课题.本文结合桥梁墩台施工实践,分析了桥梁先期施工中桥墩混凝土表面出现裂缝的原因.介绍了改变混凝土原材料、调整混凝土配合比、改进施工工艺及对混凝土浇灌时进行温度控制和养生过程中采取防护保温等措施,取得了良好效果,可为类似工程施工提供借鉴.

关键词：大体积混凝土桥墩；裂缝分析；混凝土施工；防裂措施

中图分类号：TU文献标识码：A

大体积混凝土由于截面尺寸较大,裂缝一般在混凝土浇注短期内形成,此时设计荷载尚未作用于结构上,所以由荷载引起结构裂缝可能性很小,但水泥水化过程中释放的水化热产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用,将会产生较大的温度应力和收缩应力,这是大体积混凝土出现裂缝的主要原因.为了保证混凝土结构物能够满足设计条件和使用要求,混凝土必须具备足够的耐久性和强度,而混凝土结构工程开裂,将直接影响结构的使用寿命,严重者将会引起结构破坏,使结构丧失承载能力及使用功能.

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1工程概况及施工情况

在某桥梁工程中,开始施工不久,在对已完成的4个桥墩进行检查时,发现桥墩混凝土表面出现裂纹,呈竖向分布,位置在距承台顶面桥墩身大面中部竖向1．5～6m范围内,裂缝数量1道,两侧面对称分布.经测量裂缝宽均在0．2mm以下,虽属规范允许范围,但如不及时加以控制,将影响桥墩外观质量和耐久性.经调查达成扩能改造工程全线其它标段桥梁墩台施工中均存此问题.

2墩台混凝土开裂原因分析

经综合分析,墩身混凝土表面开裂主要是混凝土内部水化热引起及混凝土干缩变形综合影响产生的裂缝.

2．1水泥水化热影响

水泥水化过程中产生大量的热量,由于大体积混凝土截面厚度大,且混凝土的导热性能较差,致使水化热聚集在结构内部不易散发,引起混凝土内部急骤温升；混凝土内外较大温差导致混凝土内部产生温度应力,且温差越大,产生的温度应力就越大；当混凝土的抗拉强度不足以抵抗此温度应力时,就会产生裂缝.实践证明：大体积混凝土内外温差超过25℃时,混凝土将产生裂缝.

水泥越细,早期强度越高；单位体积混凝土中水泥用量越大,混凝土内部早期水化热引起的温升就越高.本例桥墩混凝土原采用重庆富皇水泥厂生产的普硅水泥P．032．5R,水泥用量344kg／m3.该水泥为早强水泥,细度较细,混凝土水化速度过快,水化热集中释放,造成混凝土结构内外温差大于25℃,引起墩台身混凝土表面开裂.

2．2施工工艺及混凝土干缩影响

施工工艺不当,造成混凝土离析,则混凝土浇筑完成后结构内部易形成不同材质粒组聚集区,由于混凝土与混凝土中不同材质收缩率差异,如混凝土凝结硬化过程中水泥浆收缩率较混凝土收缩率要大的多,因此水泥浆聚集区就极易产生裂缝.具体导致原因为：①混凝土搅拌时间影响.由于混凝土中掺入了高弦减水剂,施工过程中,混凝土搅拌时间过短(少于3min),高效减水剂未充分发挥作用,而在混凝土运输或浇筑后减水剂发挥了部分减水作用,增大了混凝土坍落度,造成了混凝土离析.②混凝土浇筑工艺影响.施工时,混凝土泵送至桥墩托盘顶帽上部,在距托盘左右侧模板边缘1／4宽度位置设置了2个串筒,混凝土由串筒下落到浇筑面.随着混凝土浇筑,串筒下的混凝土逐步形成了混凝土堆,因施工设计}昆凝土配合比坍落度为16cm,流动性能好,加上施工过程中振捣棒振动使混凝土向周边流动,由于混合料比重的差异(混凝土混合料比重分别为：水泥344kg／m³,,砂696kg／m³,,碎石1216kg／m³,,水168kg／cm³,,气泡2g／cm³,,粉煤灰92kg／m³,),在流动过程中混凝土产生液化离析现象,从混凝土堆中心由近至远依次是砂+石――水+水泥――水+粉煤灰――气泡.这样在两混凝土堆交界处(墩身中部)就形成了粉煤灰浆+水泥浆+气泡聚集区.一般混凝土的收缩率为0．4％～O．6％,砂浆收缩率为0．8％～1．2％,水泥浆收缩率为1％～2％,即混凝土及混凝土中不同材质收缩率存在差异.加之,墩身混凝土内部存在粉煤灰浆+水泥浆+气泡聚集区,混凝土内部就存在了抗裂薄弱区.

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2．3外界气温变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间,混凝土浇筑温度与外界温度有直接关系,外界气温越高,混凝土的浇筑温度就越高.刚浇筑的混凝土,外界气温下降会增加混凝土的温度梯度,特别是外界气温骤然下降,会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温差,因而会造成过大的温度应力,易使大体积混凝土出现裂缝.

2．4混凝土养生不良

规范规定：为防止混凝土开裂,混凝土内外温差不得超过25℃,一般控制混凝土温差不大于20℃.施工中,混凝土养生不到位,混凝土受风或温差过大都易造成混凝土开裂.

3.桥墩混凝土防裂措施

针对桥墩混凝土裂缝产生的原因,主要从控制混凝土的温升、延缓混凝土的降温速率、减少混凝土的收缩变形、提高混凝土的早期抗拉强度、加强施工中的保温及温度监测等方面采取措施.具体措施有：采用中、低热水泥品种；在满足强度和其他性能要求的前提下,尽量降低水泥用量；掺加适宜的外加剂；选择适宜的骨料；控制混凝土出机温度和浇筑温度；采取表面保护、保温隔热措施,降低混凝土内外温差.

3．1混凝土原材料控制及配合比调整

(1)选择水泥品种.控制水泥水化热引起的温升,减少混凝土内外温差,对降低温度应力、防止产生温度裂缝起着重要作用.混凝土温升的热源主要是水泥在水化反应中产生的水化热,因此选用低热或中热的水泥品种,是控制混凝土温升最根本的方法.因此,在后续施工的墩台身采用低水化热P．O42．5普通硅酸盐水泥代替P．032．5R普硅水泥,水泥表面积比≤350m²,／kg,水泥熟料中的C3A含量≤8％.

(2)调整混合砂比例.混凝土用砂细度模数M应在2．6～3之间,机制砂应颗粒均匀,粉含量(0．06mm以下)应小于20％.本例机制砂M细度为3.6；河砂M细度为1．2,按机砂：河砂为2．3：1比例调整混合砂比例.

(3)增加粉煤灰掺量,替代水泥用量.本例掺合料采用Ⅱ级粉煤灰,一般大体积混凝土粉煤灰掺量最大控制在40％以内,本例原掺量27％,现采用35％,即每1m3混凝土中掺加粉煤灰136kg.

(4)调整混凝土配合比,墩身混凝土(C30)配合比调整如表1

表1桥墩（C30）混凝土配合比表kg／m³,

项目水泥河沙机制砂碎石水粉煤灰高效减水剂

原配合比3442983981315168926.54

调整配合比25321650312301441365.84

由混凝土强度增长图对比可知,混凝土浇筑完成后龄期前6d普硅32．5R水泥拌制的混凝土,其强度增长率明显大于普通硅酸盐水泥拌制的混凝土,龄期6d后采用P．042．5普通硅酸盐水泥混凝土强度增长大于普硅32．5R水泥拌制的混凝土.由此可推断出采用普硅32．5R水泥拌制的混凝土前期强度增长快,故混凝土温升也大,较容易产生裂缝,而后者反之.

3．2混凝土温度控制措施

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