关键词：大体积混凝土桥梁；施工裂缝；控制措施
1 工程概况
安吉经济开发区机场路一号桥工程，设计等级为城市次干道Ⅱ级，全长230m，上部结构单跨采用9片25m组合箱梁，桥面宽28m，双向四车道，属县重点工程，是计划争创“飞英杯”、“省市政金奖示范工程”项目。
2 大体积混凝土桥梁施工过程
2.1原材料制备
混凝土的主要成分是水泥和沙石，大体积混凝土桥梁出现裂缝的一个主要原因是混凝土浇筑过程受温度影响极大，而温度变化较大的时刻就是发生水热化的时候。所以应尽量选择水热化低，凝固时间长，凝结后强度高的水泥品种。市场上的水泥种类繁杂，选取合适种类的水泥时，首先要把安全性放在第一位。影响砂石选择的因素繁多，首先是建筑物的特性，其次是周围的环境，施工条件也应同时考虑，本着节约且质量优的原则选购。受多种条件影响，生产混凝土时各类原材料将会出现称量误差，施工时需要将其控制在合理范围内，如表1所示。
表1混凝土原材料的称量误差
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2.2混凝土拌制
混凝土拌和施工工艺流程图如图1所示。
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图1拌和施工工艺流程图
正式投入生产前，应综合后期可能出现的多种情况进行试拌和，以避免在具体施工过程中，由于突发事件影响混凝土成品的质量，减少混凝土的用量损失，在每次分层浇筑前需注意混凝土的试拌。在进行混凝土搅拌时应控制好搅拌时间，确保整个搅拌过程持续不间断，同时要求各计量设备准确无误，避免由于混凝土料过于干燥或稀释，而在施工过程中出现混凝土料无法卸载或在施工完成后出现大面积蜂窝麻面的情况;搅拌时还需注意严格控制粉煤灰用量，对各种材料进行严格定期抽检，各种辅助材料的掺量误差应控制在总掺量的4%～5%范围之内，同时还需注意搅拌时长，以防止由于搅拌不均匀导致的混凝土凝固阶段产生不良效果。
2.3混凝土浇筑
全天温度最低段一般出现在夜间，所以选择夜间浇筑混凝土较为适宜。混凝土泵送入模的关键在于合理控制分层浇筑与捣振操作工艺。大体积混凝的施工，需进行分层浇筑，且每次浇筑厚度的上限为30cm，为了避免出现混凝土结构分层现象，在下层混凝土初凝前应及时浇筑上层混凝土。为了确保振捣质量及上下层混凝土的良好粘结性能，多采用插入式振捣器，振捣时将振捣器插入下层混凝土8～10cm来进行操作。如图2所示，分别为斜面分层浇筑、全面分层浇筑和分块分层浇筑等三种常用的浇筑方法。
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图2大体积混凝土浇筑方法
图片的下方一般要出现一段文字以对插图进行释义，这也是图片展示的意义所在。
2.4温控技术
2.4.1温度监测
对混凝土温度进行全面的控制，需要对混凝土温度进行实时监测。在混凝土温度监测过程中，必须遵守“底—中—表”的原则。即垂直检测点的位置要不小于80cm，而中间和边缘的温度检测距离则应该保持在5m左右。实际施工过程中，通常使用预留孔洞的方式，对混凝土内部的温度进行测量。不仅如此，还需要对温度计进行科学合理的选择，施工单位会使用液晶显示温度计对温度进行测量。在温度上升过程中，若测量温差大于25℃，则需要采取合理的措施以降低覆盖厚度，从而达到降温的目的；而弱势温度在下降过程中，测量温差大于25℃，也需要采取升温措施，以确保温度差值处于合理范围之内。
2.4.2设置冷却水管
在进行大体积混凝土施工时，需要严格按照施工图纸和现场的实际情况进行施工。为了防止温度裂缝产生，可以在大体积混凝土当中埋设冷却水管层，冷却水管的间距控制在3m左右。在每个浇筑层中间铺设冷却水管层，水管铺设高程，需要根据实际的浇筑层状况进行适当的调整。不仅如此，还需要对冷却水与混凝土的温差进行合理的控制，以保证水温和混凝土温度差值不超过22℃，冷却水管的水流速度保持在0.6m/s为宜。同时，每次测量的时间间隔应为四小时，以对冷却水温度、大体积混凝土温度及外界气温等状况进行及时掌握，并做好详细记录。在实际施工过程中，冷却时间在15到21天左右，可以有效的防止裂缝产生。
2.4.3掺膨胀剂补偿混凝土收缩变形
为降低温变，混凝土应具有一定范围内的膨胀率。混凝土中掺入12~15%的UEA等微膨胀剂，可有效促进混凝土体积变形收缩、干缩和温降收缩。以C40混凝土为例，相应的材料配比可以设计为：水灰比：0.35～0.5；缓凝剂参量：0.45～0.55%；膨胀剂参量：7.00～9.00%；水泥：水：砂：碎石：减水剂=1：0.39：1.29：2.88：1%。当混凝土持续升温时，膨胀剂与温变的变形是同向的，混凝土凝结变硬时塑性、徐变度较大，极小补偿膨胀量转变为压应力，其作用发挥不明显；当混凝土温度下降时，体积收缩，此时膨胀剂与温变的变形是同向的，膨胀率高于温降收缩率，多余的部分转化为压应力储存。若温降收缩率高于膨胀率，则混凝土存在拉应力。本工程中，在自然散热条件下，低于2m厚度的混凝土温度最高值主要出现在混凝土灌注后1~2天，因此，从第3天起膨胀率参与了补偿收缩。
3 大体积混凝土施工过程产生裂缝原因
3.1水泥水热化
水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散去，以至于越积越高，使内外温差增大。单位时间内混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构的表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，一般在浇筑后的最初3～5天出现。
3.2外界气温变化
大体积混凝土在施工阶段中，其浇筑温度随着外界气温变化而变化。气温骤降，将会极大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。
温度应力是由于温差引起温度变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60～65℃，并且有较长的延续时间。
3.3混凝土的收缩
混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的，约80℅的水分将会随着蒸发而损失，多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土体积的缩小。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，将可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积，因此干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。
4 大体积混凝土施工裂缝控制措施
4.1合理设计混凝土配合比
以工程的实际情况为基础，对混凝土配合比进行合理设计。要根据材料的基本情况添加一些减水剂和缓凝剂，施工中加入矿渣粉和粉煤灰等进行掺合料的配比，能够有效降低水泥用量。应该选用水化热小、初凝时间较长的水泥。
4.2冷水降温，防止混凝土裂缝
高温是导致混凝土出现裂缝的主要因素，可采用冷却水进行降温处理。在混凝土的内部插入直径25mm的管子用作冷水的输入端。在安装冷却水管道的过程中，一定要保证钢筋骨架及其支撑架的稳定和牢固，同时对水管进行试水，以防在混凝土的浇筑中出现管道的损坏、变形等，造成漏水和水流不通等情况。添加混凝土后，其内部会进行冷却水的循环，混凝土的内外温差也会降低，同时要在混凝土的内部科学合理地设置测温点，以实时监控混凝土内部的温度变化，确保混凝土内外的温度差值在 25℃以内。混凝土冷却水的扩散有其固有规律，即由热的部分向四周扩散，中心地区会有进水口，周围设出水口，出水口和进水口均设置在混凝土的上面。在混凝土凝固后通水循环，同时需要实时监控进出口管的温度，确保其温度差值在10℃以内，混凝土内外的温度差值在20℃以内，温度控制好后需要对冷却水管采用泥浆封口。
4.3改善约束条件
4.3.1减少外部约束
外部约束指混凝土的边缘随着温度降低有收缩的倾向。外部约束在混凝土中产生拉应力，混凝土韧性差，被外部拉应力撕扯，产生裂痕。在具体实践中就是大体积砼具有体积大、厚重和抗拉能力弱的特点，地基在外部对大体积砼具有很强的束缚作用。为了减轻这种约束，在地基上设置滑动垫，可降低混凝土基础底板与下方极易产生的摩擦力。当水化反应产生水化热，出现热胀冷缩时，混凝土基础底板在滑动软垫上可以伸展开，受到的约束较少，从而规避大体积混凝土裂缝的产生。例如某桥主墩大体积承台冬期施工过程中，就在承台顶四周设置CRB 550级D6抗裂钢筋网片，钢筋网片混凝土保护层厚2.5cm，采用平搭法连接，增强了混凝土抵抗外部约束的能力，防止混凝土裂缝的产生。分块浇筑是减少外部约束的另一有效方法，分块浇筑目前具有多种方式，例如错缝分块浇筑、纵缝分块浇筑等，在实际操作中可以视情况而采用不同的浇筑方式。
4.3.2 减少内部约束
内部约束主要是由于内外温差过大引起的，一般温差达到25℃时，大体积混凝土就很容易产生施工裂缝，温差控制在15℃以内最佳，温差陡降不要超过10℃，这些都要求工作人员实时监控，尤其在特殊天气情况下。通过控制温差可以达到减少内部约束的作用，对于温度的控制问题，利用隔热覆盖物进行保温，或待混凝土终凝后蓄水隔热皆可。此外，在表层材料中添加膨胀剂可以使大体积混凝土的变形得到补偿，由此减小约束力。通过减少内部约束的具体措施我们可以看到，控制大体积混凝土施工裂缝产生的各种措施是相互关联的，它们之间存在相互制约的关系。在研究控制大体积砼施工裂缝问题上，研究人员需要有整体思维，将这些条件联系起来，综合思考，才能建立对大体积混凝土施工裂缝较完善的防治体系，合理设计施工方案，规避大体积混凝土施工裂缝的出现。
4.4合理使用外加剂
外加剂普遍应用于桥梁工程大体积混凝土施工中，具有提高施工效率的优点。根据一些大体积混凝土工程施工案例，在大体积混凝土施工时，外加剂的添加不当，很容易造成严重的安全隐患，导致施工裂缝的产生，降低桥梁工程整体施工质量。工程施工应把外加剂的作用最大限度地发挥出来，最终提高工程质量。基于此，应结合桥梁工程大体积混凝土施工的实际情况，合理添加外加剂，有效发挥外加剂的作用，提高桥梁工程大体积混凝土的质量。预防桥梁裂缝的常见措施是运用碱水防裂外加剂，水灰比会对混凝土的收缩产生影响，碱水防裂外加剂的添加，比不添加时可减少25%的用水量，从而大大降低了水灰比的比率。在确保混凝土标准强度下，适当使用碱水防裂外加剂，与不使用相比可减少使用15%的水泥，其他体积利用骨料补充，这样既保证了工程质量，也节省了材料。合理使用外加剂对于混凝土泌水和改善其稠度具有显著效果，可减少裂缝的产生。在桥梁工程中使用外加剂可以大幅提高骨料与水泥浆之间的黏度和抗拉强度，外加剂的使用不仅可以改善了混凝土的性能，也使其具备良好的和易性。在具体施工时，工人需要把混凝土表面轻松抹平，混凝土表层会产生一层微膜，此微膜可有效地减少水分流失，避免混凝土因干燥缺水产生裂缝。
4.5大体积混凝土的养护工作
1）混凝土浇筑完毕，在混凝土初凝后，应及时进行表面覆盖，水泥的水化过程，需要适当的湿度和温度，因此养护要不间断洒水，以保持混凝土表面的湿润。
2）对加设水管循环的大体积混凝土，要保持管内水呈流动状态，降低内部温度，同时加强混凝土内部温度、温降速度及内外温差的监测，一般每工作班不少于2次。
3）冬季施工时，当环境温度低于 -5℃时，混凝土的养护宜搭设保温棚，棚内增设加温设施，以减小混凝土的内外温差。
4）大体积混凝土的养护，需要足够的养护时间，夏季一般不少于14天，冬季不少于28天。
5结语
综上所述，对于桥梁工程来说，大体积混凝土桥梁是保证结构稳定和桥梁质量的有效形式，因此需要对混凝土的浇筑和养护环节引起足够的重视。混凝土出现裂缝的因素有多种，不同部位出现裂缝的原因也各不相似，必须在设计阶段控制好裂缝多发处的施工设计，使得后续的作业能够严格按照设计方案进行；控制施工环境的温度和湿度，保证混凝土能够在稳定的环境中完成浇筑、硬化和养护工作。目前对于混凝土裂缝的研究尚不够深入全面，仍有很多裂缝问题没有得到彻底解决，因此在实际施工过程中必须要多观察，勤思考，及时总结问题和经验，以求得更加优化的裂缝防治与解决方案。
参考文献
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[3]师丽颖.桥梁工程中大体积混凝土施工技术及温控措施[J].交通世界，2017（19）：110-111.
论文作者:丁磊
论文发表刊物:《城镇建设》2020年2期
论文发表时间:2020/3/17
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