桥梁混凝土裂缝的材料及温度控制技术

　　摘 要：本文对混凝土桥梁施工裂缝产生的原因作了较深入的分析,并结合施工国际提出了针对性的防治对策，对预防混凝土桥梁施工裂缝具有一定的参考意义。

　　关键词：混凝土; 裂缝; 温度

　　1、材料的控制

　　混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。

　　1.1 水泥

　　(1)水泥安定性不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标。氧化钙在凝结过程中水化很慢，在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用，可破坏已硬化的水泥石，使混凝土抗拉强度下降。

　　(2)水泥出厂时强度不足，水泥受潮或过期，可能使混凝土强度不足，从而导致混凝土开裂。

　　(3)当水泥含碱量较高(例如超过0.6%)，同时又使用含有碱活性的骨料，可能导致碱骨料反应。

　　1.2 砂、石骨料

　　砂石的粒径、级配、杂质含量。 砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大，如果使用超出规定的特细砂，后果更严重。砂石中云母的含量较高，将削弱水泥与骨料的粘结力，降低混凝土强度。砂石中含泥量高，不仅将造成水泥和拌和水用量加大，而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。砂石中有机质和轻物质过多，将延缓水泥的硬化过程，降低混凝土强度，特别是早期强度。砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应，体积膨胀2.5倍。

　　1.3拌和水及外加剂

　　拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。

　　施工工艺是保证混凝土构件质量的关键、除施工的施工操作应严格按照施工技术规范的有关规定进行，对原材料(钢筋、水泥、砂、碎石、水等)都应进行严格的抽样检验，对混凝土配合比应进行对比实验，在高温下或雨后施工对砂、碎石应进行含水量实验，即使调整施工配合比，确保混凝土的施工质量。

　　2温度裂缝的控制

　　2.1引起温度变化的主要因素

　　混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。

　　(1)年温差。一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移，一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝，例如拱桥、刚架桥等。我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度。考虑到混凝土的蠕变特性，年温差内力计算时混凝土弹性模量应考虑折减。

　　(2)日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。

　　(3)骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实桥资料进行，混凝土弹性模量不考虑折减。

　　(4)水化热。出现在施工过程中，大体积混凝土(厚度超过2.0米)浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥单位用量，减少骨料入模温度，降低内外温差，并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统进行内部散热，或采用薄层连续浇筑以加快散热。

　　(5)蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝。

　　(6)预制T梁之间横隔板安装时，支座预埋钢板与调平钢板焊接时，若焊接措施不当，铁件附近混凝土容易烧伤开裂。采用电热张拉法张拉预应力构件时，预应力钢材温度可升高至350℃，混凝土构件也容易开裂。试验研究表明，由火灾等原因引起高温烧伤的混凝土强度随温度的升高而明显降低，钢筋与混凝土的粘结力随之下降，混凝土温度达到300℃后抗拉强度下降50%，抗压强度下降60%，光圆钢筋与混凝土的粘结力下降80%;由于受热，混凝土体内游离水大量蒸发也可产生急剧收缩。

　　(7)改善骨料的级配，采用干硬性混凝土、加添加剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇注温度;热天浇注混凝土时减少浇注厚度，利用浇注层面散热;在混凝土中埋设水管，通入冷水降温;规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以避免混凝土表面发生急剧的温度变化;施工中长期暴露的混凝土浇注体表面或薄壁结构，在寒冷季节采用保温等措施。

　　(8)合理的分逢分块，避免基础过大起伏;合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。另外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性的发生为主。

　　2.2温度裂缝的控制

　　(1)降低混凝土的浇注温度。如采用降低骨料的温度，或加冰水，或在夜间最低温度时浇注等。

　　(2)降低水泥的水化热的温升。如选用低水化热水泥，或减少水泥的用量，或掺入优质粉煤灰。

　　(3)加快浇注后混凝土的散热，如使用钢摸板，或分层浇注混凝土，每层厚度不大于30cm，以便散热。或在大体积混凝土中，预埋或利用一些管，通过冷水或冷风来降温。

　　(4)降低欲浇注混凝土结构或构筑物的外部约束。如减小浇筑体长度或厚度，或减小约束体体积，或改善交界面状况，两层混凝土浇注间隔时间不得长于15天。

　　(5)加强混凝土的表面保护，如浇注后，表面应及时用草帘、草袋、砂、锯末等覆盖，并撒水养护，或蓄水养护;冬季，采取保温措施，保护混凝土表面，薄壁结构，要适当延长其拆摸时间，使之缓慢降温。

　　(6)改善混凝土的性能。如尽量选用低热或中热水泥，或选用合适骨料如石灰岩骨料及其级配良好，以便降低水化热。

　　(7)蒸汽养护构件时，严格控制升温速度不大于10～150C/H，并应适当冷养护吊运构

　　3结束语

　　混凝土作为现阶段我国桥梁主要材料形式，施工技术成熟，而且有效提高桥梁结构强度，优势十分明显。因此，完善设计手段，加强混凝土材料质量以及施工工艺管理，对于预防桥梁混凝土裂缝的发生，确保桥梁结构安全耐久性具有重要的作用，对于提高项目建设水平也具有重要的意义。