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高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝成因及控制措施

杨波
摘 要：在高铁桥梁建设中，大体积混凝土因其具备的优点被广泛应用。但我们也应该意识到，大体积混凝土结构也具有一定的复杂性，尤其是受其所处地质环境与选用材料等因素的影响，可能会导致裂缝的出现，影响结构的质量。正因为如此，如何保证高铁桥梁建设中大体积混凝土结构的质量引起人们的广泛思考。
关键词：高铁桥梁工程；大体积；混凝土裂缝；成因；控制措施
1 引言
作为高铁桥梁工程大体积混凝土常见的病害注意，其裂缝的出现原因及控制措施在近期得到了有关方面的高度關注。该项课题的研究，将会更好地对其裂缝的成因进行掌控，从而有效通过合理化措施进行控制。大体积混凝土结构在高铁桥梁建设中具有无可比拟的优越性。但是同样要注意，如果因为水泥水化热反应、混凝土收缩等原因导致大体积混凝土结构出现裂缝，就会影响高铁桥梁建筑的稳定性、耐久性，使人们的生命财产安全受到威胁。
2 大体积混凝土概述
在现代工程建设中，随着施工规模的提高和施工质量的提高，大体积混凝土施工的技术要求经常涉及到我们的工作过程中。大体积混凝土与普通混凝土的主要区别在于在施工过程中混凝土的浇筑量和体积较大。一般来说，在大体积混凝土施工中，建筑结构的体积和直径不能小于1m，对大体积混凝土的表面要求更高。在目前的施工项目中，为了保证混凝土施工质量，除了满足大体积混凝土施工等级、强度和抗渗性的要求外，还必须严格控制和处理混凝土水化热引起的温差。在大体积混凝土建筑结构施工中，由于建筑结构截面大、水泥用量大、水泥水化释放热量大，混凝土结构的温度变化和收缩效应增大。温度收缩应力是钢筋混凝土产生有害裂缝的主要原因。这种裂缝模式的存在对工程裂缝模式有很大的影响和缺陷。因此，要在工作中加以改进和总结，制定严格、全面的监督管理。
3 高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝的成因
大体积混凝土通常是指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。高铁桥梁工程在施工的过程中双线桥梁墩身以及高墩大尺寸桩基础承台等大体积的混凝土结构需要进行一次性的整体浇筑。这些大体积混凝土结构裂缝发生的影响因素可以归结为以下几方面。
3.1 混凝土的收缩
混凝土收缩是指混凝土在空气中硬化时体积的减小。混凝土中水分的蒸发会导致混凝土收缩。根据规定，水泥硬化只需要20%左右的混凝土水分，剩余水分的80%是自然蒸发的。当水蒸发时，混凝土的体积会缩小，在这种情况下，如果混凝土的湿度增加，混凝土的体积就会膨胀到原来的体积，这对混凝土极为不利，混凝土质量受到严重影响。由此引起的混凝土裂缝将影响高速桥梁的美观和耐久性，重则直接破坏混凝土的结构，导致质量事故。
3.2 水泥水化热原因
水泥水化热一直是大体积混凝土裂缝产生的主要原因，由于水泥在水化的过程中会产生非常多的热量，再加上大体积混凝土的面积和厚度都比较大，从而使得这种热量在混凝土内部不易扩散，使得内部的温度不断升高，当内部温度与表面温度产生较大的温差时，由于力的作用，使得大面积混凝土受力的变化而产生变形，进而形成缝隙，这种缝隙的宽窄与深浅将直接影响建筑的施工进度与质量安全，所以，尽可能的控制好温差问题，从而保证施工质量安全可靠。
3.3 气温的影响
大体积混凝土在施工过程中对温度的要求较高。混凝土浇筑温度应根据当时施工现场的温度变化而变化。施工人员需要根据温度的变化来调整施工条件。特别是当温度骤降时，混凝土的内外温差会增大，从而影响施工质量。然而，许多施工单位往往忽视环境温度的变化，不重视混凝土的后期养护，在冬季施工时，各种保温措施的不当实施使混凝土出现裂缝现象。
3.4 缺少有效监督
为了尽量减少大体积混凝土裂缝的发生，施工单位内部应该设立专门的监督管理部门。不过，现时很多建筑单位都没有专门的监工，即使有监工的职位，很多监督人员对施工了解不足，没有及时发现问题，也没有有效的监督约束效果。而且，现阶段工程建设人员多为外来务工人员，文化素养低，自我约束能力差，容易导致施工质量问题。这就要求建设单位加强监督管理。确保施工过程的各个环节有序、科学、规范。
4 控制高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝的措施
4.1 优化混凝土配合比
一般来说，高铁桥梁施工中应该使用低热或者中低热水泥，并尽量控制水泥和水的混合比重。骨料的选择应该具有针对性，结合高铁桥梁大体积混凝土结构所处的地质环境和气候环境，灵活选择适宜的水泥类型。在混凝土原材料的选用上，要选用水泥水化热相对较低的低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，并尽量控制大体积混凝土的水化热低于270kJ/kg。为了避免骨料热胀冷缩现象导致的裂缝，骨料应该尽量选择不会过分热胀冷缩的材料。除此以外，粗骨料必须保证较大粒径，并降低砂率。优化混凝土配合比时，还应该通过掺入一定的掺合料，从而减缓水泥水化热现象。在选择外掺剂时，要根据桥梁工程具体情况选择，例如选择缓凝高效减水剂。在设计混凝土配合比时，应综合考虑混凝土水化热、和易性、稳定性三个施工目标。在确保结构强度的前提之下尽量降低水泥用量及水胶比，掺合料需要根据实际情况选择，最好能够反复试验，以便达到最佳配合比。
4.2 养护工作
当内外温差过大时会导致混凝土的温度应力大于同期混凝土的抗拉强度，进而产生裂缝，为此，施工单位要注重对混凝土的养护，并适当的延长养护时间。一般而言，施工单位可以在混凝土表面和底层薄膜浇水养护，然后进行覆盖，养护时间一般是14天。在养护的过程中相关工作人员要及时对混凝土的内表温度、室外温度、底面以及顶面温度进行监测，并进行记录，确保温度符合一定的温控指标。
4.3 材料的选择
一个工程项目质量的高低与施工材料的选择是否正确直接相关，在大体积混凝土制作前期要注意对水泥和掺合料的选择，采购人员在采购材料时应该严格依据高铁桥梁的特征进行选择，水泥优先选用质量稳定且强度较高的水泥，这样可以在一定程度上减少水泥水化热。施工材料的采购人员还要高度重视对骨料的选择，严格按照《普通混凝土用碎石或卵石质量及检验方法》的相关规定进行选择，一般来说高铁桥梁工程要选用碎石混凝土，石子的选择一定要选择一些坚硬、致密、没有裂缝的石料，碎石混凝土的抗裂性较强，但是在施工较困难，施工单位可以采用连续极配的石子。
4.4 压力灌浆水泥灌注法
压力灌浆水泥灌注法在实际运用过程中需要注意两点，第一点要详细、准确监测混凝土结构裂缝的数量和范围，并根据监测结果确定钻孔位置和灌浆用量，钻孔时要保证孔深超过裂缝面一定深度，深度大小随结构的不同而不同。第二点是灌浆之后的表面清理，按照从上到下的顺序，用水对钻孔进行逐层清理，最后用空气压缩机吹干。
5 结束语
总之，在高速铁路桥梁施工中必须严格控制大体积混凝土裂缝，这是保证高速铁路桥梁质量的重要措施。因此，施工人员一方面需要提高自身的综合素质和技术水平，另一方面也需要结合当地的实际情况，通过优化结构设计，合理把握混凝土配合比，只有保证施工环节的质量，重视混凝土骨料的选择，才能严格控制大体积混凝土裂缝的出现，保证施工质量。
参考文献：
[1] 贾宪伟.高速铁路桥梁工程大体积混凝土裂缝的原因分析与控制措施[J].建筑工程技术与设计，2014（10）.
[2] 刘振伟.高铁桥梁施工中混凝土裂缝产生原因及处理[J].城市建设理论研究：电子版，2013.
[3] 杨敏剑.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，2011（32）.

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