铁路桥梁工程中大体积承台的混凝土裂缝成因与温度控制措施

王 军

(中铁隧道集团一处有限公司)

铁路桥梁工程中大体积承台的混凝土裂缝成因与温度控制措施

王 军

(中铁隧道集团一处有限公司)

大体积承台出现裂缝的主要原因就是温度应力，因此在施工中应注意从各个方面采用合理的措施对温度应力的增加进行控制，使得混凝土降温过程相对平缓，保证其整体的稳定性，避免裂缝出现。

裂缝原因;水化热;环境温差;控制措施

1 铁路桥梁工程中大体积承台混凝土裂缝的成因分析

1.1 水泥水化热

众所周知混凝土在硬结的过程中因为水泥的水化作用产生大量的热量，在初始的几天中最为明显。由于混凝土是一种热的不良导体，其内部的热量不能马上散发，内部热量越聚越多，温度提升很快，而混凝土表面温度为环境温度，随着时间的发展，就形成了一种内部降温慢而外部降温快的情况，从内部到外部形成了一个温度梯度。无论是水化升温阶段还是降温阶段此种温度梯度始终存在于混凝土构件中。因为热胀冷缩的关系中心部位的混凝土膨胀大而外部小，导致构件的中心与表面质点之间存在约束力，混凝土构件的内部产生压力而表面则产生拉力。当温度梯度到达一定程度的时候表面拉力就会超过其表面的抗拉极限从而产生裂缝。在升温的时候混凝土由于没有充分硬化，受到的拉应力小，产生的裂缝主要集中在表面。

就大体积混凝土而言，随着水化反应的接收以及不断的散热，从升温阶段转为降温阶段，混凝土内部的热量向表面散发，降温阶段的中心温度与表面也存在温差，也会在混凝土的内部产生约束力，使得产生收缩的混凝土产生拉应力。如果收缩的拉应力较大就会在中心形成高应力区，如果此时的拉力大于此时的混凝土强度极限，其裂缝会贯穿结构件，危害更大。

1.2 气候因素

大体积混凝土尤其是铁路施工中，气候因素对其影响也起到较大的作用。外界气候温度高则浇筑时的温度也就高，如外界气温下降则会对混凝土的降温幅度产生影响，特别是在昼夜温差较大的地区，会增加混凝土内部与外部的温度梯度。大体积混凝土的温度是水化热所产生的绝对温度、浇筑温度、结构散热等共同构成的，导致内部应力改变的主要就是温差。温差大则应力大。所以在温度高的环境下，散热不良混凝土水化时温度可以达到60℃以上，且降温缓慢;反之温度低则外层散热快而内部慢，温度梯度也会增加，也不利于防止裂缝出现。

1.3 约束条件

结构件周围的约束条件也是影响其形成裂缝的因素之一，因为大体积混凝土的发热与降温的温差大且伴有形状的改变，而此时如果外部约束较大就会产生更大的应力不平衡，这就使得温度变化引起的应力加剧，从而容易超出混凝土的抗拉极限就容易出现裂缝。

2 控制铁路承台大体积混凝土裂缝的措施

2.1 混凝土的配合比调整

针对大体积的承台混凝土，设计主要考虑到其性能问题，使用的年限相对较长，所以其设计中应重点降低其水化热，同时又要满足其耐久性、强度、防腐、泵送等一系列要求。

(1)水泥的选用:采用发热量低的水泥和减少单位水泥用量是降低水化热的最有效措施，设计时应优先考虑中热或者低热水泥。

(2)骨料的选用:骨料的选择也是一个重要的因素，连续级配的粗骨料与中砂作为的细骨料在施工中应严格的控制粗细骨料的含沙量、含水量，这样就可提高混凝土的均匀程度增加其抗裂的性能。

(3)掺合料:掺和一定的粉煤灰可以满足其高性能的需求，同时也可以在一定的程度上降低水化热。

(4)外加剂:掺入一定量的减水剂可以改善混凝土拌和的和易性，降低用水量，进而降低灰水比，同时也可有效的降低混凝土温度峰值的出现时间，相应的提高了同龄期混凝土的拉应力，降低了出现裂缝的几率。

2.2 为混凝土设计控温系统

(1)冷却管系统:在混凝土的内部设计有冷却管是一种平衡温度的措施，冷却管可以根据体积设计多层布置，水平向与竖向间距可以按照体积进行调节，在70～80 cm之间，管道采用直径为25 mm的钢管，每层管道都设置有竖向出口。冷却水管应保证其防腐性能，并与钢筋绑扎固定，防止浇筑中出现错位。使用前应对其进行测试保证其密封性。冷却水管完成冷却功能后应压浆封闭。

(2)测温系统:为了控制混凝土的温度梯度，在养护的过程中需要采集第一手的温度资料，即测量混凝土的内外温差，考虑承台的对称性，在承台的边角1 m位置和对角线等位置预埋了测温器件。利用数字是温度表和温度计分别对承台的内部与外部温度进行定时测量。采集的数据主要是不同施工阶段的温度，如入模温度、不同龄期的温度、养护温度、环境温度等。

水冷散热:通水降温并不是必须采用的措施，而是要根据实际的温度改变的情况而定，如果采用的混凝土配合比较好其水化热的温度相对较低时，在施工中应随时检查测量的内部温度改变，只有温度大于65℃或者内外温度差大于20℃的时候才能进行水冷降温，否则不要急于通水。

2.3 施工控制

首先在混凝土浇筑的时候应注意顺序，墩身预留的钢筋位置向外进行浇筑，此时应防止承台的边缘部位出现浮浆而造成表面裂缝;其次混凝土浇筑施工的时间如果很长则应对灰水比进行实时监控，尽量保证其坍落度是一致的，保证其和易性;第三，混凝土进行泵送的时候配合比会在施工中产生泌水或者浮浆的情况，因此在施工中应对模板进行特殊处理，设置预留的孔洞以便在泌水或者浮浆的时候及时排除，以此保证混凝土的密实度;最后，承台结构中钢筋的密集程度较大，采用不同长度的钢管作为导管进行浇筑是十分必要的措施，这样可以保证混凝土的下落高度不低于1.5 m，进而控制离析的出现。

2.4 养护控制

养护也是降低裂缝出现几率的重要措施，其主要目的就是保湿与保温，保温就是为了降低混凝土表面散热的速度，降低梯度，防止表面出现裂缝;保湿则是为了防止混凝土表面出现收缩而产生裂缝。具体措施是利用草袋等对混凝土进行覆盖，并保持草袋的湿润，对其进行洒水，保证表面处在湿润的状态，但是不能使其到达饱水否则将失去了保温的效果。

3 结束语

在实际的测量中，可以采集到混凝土的温度场变化，如渝利铁路石板龙河2#墩承台施工过程中，混凝土入模后其温度会在24 h内发生改变，温度升高迅速，其温度接近25℃，在入模后的55 h达到峰值，即62℃;此后温度开始下降，其下降的梯度为2.5℃每天，在10 d后其温度梯度才趋于平缓。因此在实际工程中如果按照此种情况，混凝土承台的内部温度没有达到理论最高值65℃，其温差梯度没有达到20℃，就不要进行水冷却。否则在工程处如果出现了温度差大于20℃就需要采用水冷的方式进行降温，渝利铁路金竹滩大桥1#、2#墩程承台因为温度测量的结果显示其温差大于20℃，因此采用了水冷方式对其降温。实践证明，混凝土温度是沿着高度方向在中心呈现最高温，向两侧逐渐降低，在距离顶面10 cm位置温差最大，而底面因为有封底所以温度降低较慢，而沿水平方向，从承台中心到边缘温度逐渐下降。在采取降温措施的时候应考虑此种规律。

［1］占仲欣.桥梁大体积承台混凝土温度裂缝的控制措施［J］.河南建材，2010，(2).

［2］张一鸣.小议工程施工中预防大体积混凝土裂缝的措施［J］.广东科技，2007，(3).

［3］邢勇，符敏，李戈.大体积混凝土裂缝的控制［J］.价值工程，2010，(4).

［4］侯艳玲，杨楠.大体积混凝土温度裂缝的产生及控制措施［J］.黑龙江交通科技，2009，(5).

［5］王林琴，李可.大体积混凝土裂缝原因及控制措施［J］.云南水力发电，2010，(5).

［6］张超然.水利水电工程施工手册—混凝土工程［J］.中国电力，2002，(12).

U445.7

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1008-3383(2012)03-0111-01

2011-11-10

王军(1978-)，男，助理工程师。