桥涵大型混凝土结构裂缝问题的成因与管控论文

桥涵大型混凝土结构裂缝问题的成因与管控论文

　　当前我国国内外工程建设过程当中，对于因对机械荷载而引起的开裂问题都有比较深入的研究。但是对于因温度荷载而引起的裂缝问题则并没有充分的研究及重视，为进一步防范危害工程整体结构稳定性的裂缝问题不断产生。工程相关企业及部门，都应当对于当前桥梁工程当中大体积混凝土结构的裂缝问题进行更深入的研究与思考。后续的探讨将针对此主题展开，对于桥涵工程中的整体裂缝问题出现进行分析，并提出建议，促进技术完善。

　　1、桥涵工程大体积混凝土结构裂缝产生原因分析

　　1.1、水泥水化热的影响

　　水泥在整个水化过程当中，会释放出大量的热量，而且热量释放的顶峰是集中在浇筑完成后的7d左右，就普遍情况来看，在这一阶段每克水泥能够释放出500J左右的热量，如果依照350～550kg/m3的水泥用量来计算，每立方米混凝土将放能够释放出17500~27500kJ的热量单位，进而使混凝土内部的温度持续提升。（最高可达到 70℃亦或更高）。特别是对于大体积的混凝土结构而言，这样的现象更为明显。由于混凝土结构内部与表层的散热无法达到均衡，中心部分存在温度过高的问题，这样就会使整体结构温度呈现梯形发展，使得混凝土结构内部开始产生压应力，表层部分产生拉应力，当拉应力超越整个结构能够承载的极限时，混凝土结构表层就会开始产生缝隙。

　　1.2、混凝土收缩问题

　　混凝土暴露在空气当中逐渐开始硬结时，由于水分蒸发，整体体积会产生收缩现象，这样的收缩现象会使混凝土在不受外力的前提下产生自主的变形，在受到外部因素影响（如支撑条件、钢筋等等）时，会使混凝土产生拉应力，使得整个混凝土结构开裂。引起混凝土裂缝问题的收缩问题主要包括干燥收缩、塑性收缩以及温度收缩等几种。在初期开始产生硬化时，收缩现象主要是在水泥石水化凝固硬结过程当中逐渐产生的体积变化，后期则主要是混凝土内部水分蒸发而导致的干缩变形[1]。

　　1.3、外界条件变化的影响

　　大体积混凝土结构在施工过程当中，外界气候、气温等多项条件的转变，对大体积混凝土裂缝的产生有着决定性作用。混凝土内部的温度主要是由水化热的绝热温升、混凝土浇筑的温度以及结构整体散热温度等多重温度叠加的总和。其中混凝土浇筑的温度与外界气温是联系最为密切的，随着外界气温升高或降低，混凝土的浇筑温度也会产生相应的变化。所以在外界温度骤然降低的情况下，大体积混凝土的内外温度的梯度则会增大。在这样的情况之下，混凝土结构会整体会产生很大的温度应力，因此很容易导致混凝土结构整体开裂.除此之外，外界的整体湿度变化也是导致混凝土结构裂缝问题的一个主要原因，外界气候湿度的骤降会使混凝土的干缩过程进一步加速，也会导致混凝土裂缝问题的产生。

　　2、大体积混凝土结构裂缝问题的管控

　　2.1、大体积混凝土中水泥的品种及用量

　　当前多数理论研究结果，都充分表明大体积混凝土结构出现裂缝问题的最主要原因，就是水泥在水化过程当中，释放出了大量热能，即是说热能是促生裂缝的一项重要因素。因此施工企业在对于桥涵工程大体积混凝土结构相关建材进行选择时，应当遵循抑制热量的原则。选择中热或低热的水泥作为原材料。而且水泥在浇筑过程当中所释放出的温度及释放温度的速度，都与水泥中矿物成分的比例有着密切关系。水泥内矿物群中，发热速率最快且热量最大的成分是C3A（铝酸三钙），其他效果相近的成分依次为c2s（硅酸二钙）c3s（硅酸三钙）和C4AF（铁铝酸四钙）。

　　2.2、外加料及外加剂的掺入

　　在大体积混凝土结构当中融入了定量的粉煤灰之后，混凝土的整体密实度会有很大程度的提升，进而确保结构有更好的防渗透能力，提升混凝土的刚度，削减最终的收缩值，并节省水泥的整体用量。要确保大体积混凝土结构中因水泥水化热导致的内部温升得到缓解，并抑制整个结构随温度变更出现的裂缝问题，最有效的一种解决方式，便是将粉煤灰融入混凝土作为掺合料。对于外加剂进行选择时，可以着重从以下几个方面来进行选择。例如 UFA 膨胀剂，这种外加剂能够达成等量替换水泥的效果。并且能够使混凝土产生适度的膨胀。除此之外，还能够进一步确保混凝土的整体密度，这样的材料能使混凝土的内部产生一定压力，以确保对混凝土中部分拉应力的抵消。此外还应当加入减水缓凝剂，这样能够使水化热的峰值期得到适当延缓，并提升混凝土结构的整体和易性，削减水灰比，以确保环节水化热这一目标的达成[2]。

　　2.3、对于大体积混凝土设计的优化

　　在大体积混凝土结构当中，在不设置钢筋或少设置钢筋的前提下，在桥体与涵洞处容易产生裂缝的部位，以及桥体转角处，都应当适当布置一些斜筋，进而让斜筋为混凝土结构承受拉应力，这样能够有效对桥体裂缝的发展进行控制。为了避免结构裂缝的出现，在设计过程当中，应当充分应用中低强度的水泥，并充分应用混凝土后期强度。在工程结构设计过程当中，设计人员要格外注意对结构约束度的削减与控制。对于混凝土结构当中，对于钢筋保护层的厚度进行设计时，应尽量维持最小值，因为保护层的厚度，决定着其韧性，越是厚的保护层，越容易导致裂缝问题出现。

　　2.4、针对大体积混凝土结构裂缝问题的检测与处理

　　对于混凝土裂缝，应当以防控为主，重点在于在裂缝产生之前对结构的及时检测与处理，为此相关人员需要进行精心严谨的设计与施工，但是由于当前多数工程采用的裂缝防范措施安全系数普遍较低，而实际情况则是不断变化的，所以在实际的工程施工及运作过程当中依然会无法避免的出现一些裂缝。对大体积混凝土的裂缝进行分类，主要可以分为三种：表层裂缝、深层裂缝以及贯穿裂缝。针对结构表层的裂缝，由于其对结构整体的耐久性、应力与安全性近乎不存在任何影响，因此可以不作深入处理，定期维护填充即可。对于深层的裂缝以及贯穿性的裂缝，则可以采取裂缝凿除的措施来进行处理。

　　可以充分利用风钻、风镐、或人工操作，将裂缝部分的混凝土凿除至看不见的程度为止，确保凿槽断面呈现出梯形，再在梯形槽部分浇筑混凝土，设置限裂钢筋，便能够控制裂缝的问题。

　　处理更深层裂缝的时机，通常是在混凝土经过充分冷却，已经硬化后，在裂缝部分铺设一到两层钢筋之后，再持续浇入新的混凝土。针对发展趋势较为严重的裂缝，可以采取水泥灌浆法与化学灌浆法。水泥灌浆的适用范围是宽度在0.5mm以上的深度裂缝，化学灌浆则适用于宽度小于0.5mm的裂缝。化学灌浆材料通常应选择环氧－糠醛丙酮系等，确保全面填充，提升结构刚度[3]。

　　3、结 语

　　桥涵工程是我国路桥工程的重要构成部分，是社会性的工程，也是关乎整个城市、整个国家交通运输及民众出行安全性的重要一环，而大体积混凝土结构则是在当前路桥工程中应用最为广泛的结构。因此只有不断提升混凝土结构的质量，才能确保桥涵工程整体建设质量的提升。

　　参考文献

　　[1]李 伟.建筑工程大体积混凝土施工裂缝控制措施研究[J].工程技术研究，2017（01）：153+155.  

　　[2]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.  

　　[3]孙晓虎，齐 剑，张 军.大体积混凝土裂缝控制技术在工程中的应用[J].混凝土，2008（08）：105~108.

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