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Causes and Control Measures of Mass Concrete Crack of High-speed Railway Bridge
Yang Minjian
（中铁十一局集团第二工程有限公司，十堰 330213）
（Second Project Co.，Ltd. of the 11th Engineering Bureau of CRER，Shiyan 330213，China）
摘要： 大体积混凝土裂缝现象的产生涉及到结构、原材料、施工工艺、环境等因素，但对其专业研究相对较少。工程实践证明，大体积混凝土施工难度较大，混凝土产生裂缝的机率较多，本文查阅了大量参考文献，针对高铁桥梁工程中大体积高强度混凝土的特性，简要阐述和分析了其产生裂缝的原因，并提出了相应的控制措施。
Abstract: Mass concrete cracks are caused by structure, raw materials, construction technology, and environment. However, the professional research on it is relatively less. Engineering practice shows that big volume concrete construction difficulty is bigger; the probability of cracking of concrete is more. This paper refers to a large number of references, in view of characteristics of mass and high-strength concrete of high-speed railway bridge, expounds and analyzes its causes and puts forward corresponding measures.
【关键词】： 高铁桥梁 大体积混凝土 裂缝 控制
Key words: high-speed railway bridge；mass concrete；crack；control
中图分类号：[U24] 文献标识码：A文章编号：100 -4311（2011）32-0101-01
1大体积混凝土的定义
大体积混凝土通常为现场浇筑的混凝土尺寸大到需要采取措施来应对水泥水化而产生的热量和伴随发生的体积变化，应尽可能减少温度裂缝。美国混凝土协会（ACI）给出的大体积混凝土的定义为：就地浇筑的混凝土，当尺寸大到一定要采取措施解决水化热问题来应对变形问题，来减少开裂的混凝土就能够称为大体积混凝土。我国《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55一2000）中明确的定义为：“大体积混凝土―混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。”
2高铁桥梁工程大体积混凝土的裂缝原因
高铁桥梁双线桥梁墩身以及高墩大尺寸桩基础承台等大体积混凝土结构通常要一次性进行整体浇筑。大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起的，各类裂缝产生的影响原因如下：
2.1 当混凝土降温时，因为混凝土逐渐散热并发生收缩，在硬化过程中，其内部拌以及水的水化和胶质体的胶凝等共同作用，使之产生硬化收缩。在这个过程中，因为多种约束的共同存在，会使产生较大的拉应力，一旦拉应力高于混凝土的抗拉强度，就会产生收缩裂缝。这类裂缝一般会贯穿全整个截面，后果一般比较严重。轻则会影高铁桥梁的外形美观以及耐用性，重则会严重破坏混凝土结构。
2.2 大体积混凝土浇筑完成后，水泥水化热温升较高，由于体积较大，聚集在混凝土内部的水泥水化热不易散发，会导致混凝土内部温度显著升高，其表面温度因为散热较快而造成温度相对较低，这时就导致了较大的内外温差，导致其内部产生压应力，而在表面则产生拉应力。一旦拉应力大于混凝土抗拉强度，则会产生表面裂缝。其随着表面水分的蒸发以及混凝土干缩，使表面裂缝加剧。
2.3 采用蒸汽养护或冬季施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝。
2.4 大体积砼在施工期间，由于受外界气温的影响导致开裂。
2.5 混凝土在空气中硬结时体积减少的现象称为混凝土收缩。砼的拌合水中，只有约20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸发。砼中多余水分的蒸发是引起砼体积收缩的主要原因之一。这种收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，就会产生收缩应力而出现裂缝。
3高铁桥梁大体积混凝土裂缝控制
高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝可以主要从以下六个方面来进行控制：
3.1 加强结构设计一是设置分布钢筋。在高铁桥梁大体积混凝土中要根据需要配置构造钢筋，设置分布干劲是有效地提高抗裂性能的关键手段之一。二是在设计中协调处理好“抗”与“放”的关系，应根据高铁桥梁工程的特点，设置好后浇带、膨胀加强带、应力释放带，通过合理的设计使结构应力适中，确保满足载力极限和使用极限。三是做好地基处理，尽可能地减小地基对高铁桥梁大体积混凝土的阻力，尽可能减小温度应力影响。
3.2 优化混凝土配合比在高铁桥梁工程中应优先选择低热以及中低热水泥，尽可能减少单位用水量和单位水泥用量。在骨料的选择上要优先选用含泥量低、热膨胀系数小的骨料，同时要做到骨料的连续级配。在粗骨料的选择上应钻用最大粒径大一些的，应尽可能地降低砂率。要高度重视掺入矿物掺和料，同步降低胶结材料水化热的作用。对于不同情况正确选择缓凝剂、减水剂、膨胀剂等。通过试验优化最佳的配合比。
3.3 制定合理的施工方案在混凝土拌制阶段，应确保拌制混凝土拌合物搅拌合成之后所达到的温度。在运送时间上要努力做到最短，冬季混凝土的入模温度应不低于10℃，夏季混凝土的入模温度应不高于25℃，同时要全面保证混凝土易性及坍落度要求。
在混凝土浇筑阶段，应选择合适的浇筑分层方法，保证混凝土连续浇筑不产生中断。在混凝土振捣阶段，应注意振捣必须密实，同时要做好振捣后的混凝土表面的收光处理，在有必要市可进行二次振捣。在混凝土养护阶段，目前相应的养护方法很多，比较常用的方法有保温蓄热法、预蓄水法、埋冷却水管法等等，可根据高铁桥梁工程的实际需要选择。
3.4 科学合理的进行分段和施工因为高铁桥梁大体积混凝土的平面尺寸都很大，现场浇筑混凝土一定要面临混凝土的抗裂问题。因此控制混凝土温度变形裂缝的方法通常采取“抗放兼施”的方法，让结构即不产生很大的应变，同时也不产生很大的应力，以达到控制混凝土裂缝的目的。这就要求在施工前对缝间距、后浇带位置等做出科学合理的设置。
3.5 高度重视混凝土骨料的选择石子要选用致密、坚硬、耐久、没有裂隙的优良石料，杂质的含量必须符合《普通混凝土用碎石或卵石质量及检验方法》的相关规定。因为碎石混凝土强度比卵石要高，其抗裂性也比较好。为此在高铁桥梁工程中应采用碎石混凝土。石子间断级配因为其自身孔隙率较小，在节约水泥降低水化热方面有益，但加工较困难，如果施工中没有强力震动机械可能产生离析现象，因此在高铁桥梁大体积混凝土施工中，应采用连续级配的石子。
3. 计算机辅助分析的运用采用过去传统公式计算混凝土的温度以及温度应力，计算量大，过程繁琐，计算结果和实践发生偏差的可能性也较大。在高铁桥梁工程中推进使用有限元分析软件ANSYS进行模拟分析。在高铁桥梁施工中，事前必须制定好周密的温度监控方案，在进行混凝土浇筑前，应根据温控方案做好温度测点。在施工中应严密监控混凝土温度变化，依据监控信号，对相应的整养护方案进行调整。
参考文献：
[1]混凝土结构设计规范（GB50010-2002）.[S]中国建筑工业出版社，2002.
[4]段峥.现浇大体积混凝土裂缝的成因与防治.混凝土，2003.
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作者简介：杨敏剑（1982-），男，江西萍乡人，助理工程师，研究方向为道路与桥梁。
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发表于 2020-6-17 20:10:20
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