1、发展与创新2162023 年 第 02 期 总第 130 期 工程技术研究摘要：混凝土是当前我国土建施工中常见的建筑材料，混凝土的施工机理是利用水泥遇水后发生化合反应形成凝胶物质，并在固化时与骨料形成坚固且耐用的结构，以此提升建筑结构整体承载能力与稳定性。在施工中大体积混凝土由于水化热淤积等原因可能出现裂缝，因此必须做好防裂措施。基于此，文章就桥梁大体积混凝土开裂机理及其原因进行了分析，而后通过案例分析的方式对铁路桥梁大体积混凝土结构防裂措施进行了探讨，以期为建筑业同仁提供些许参考。关键词：铁路桥梁；大体积混凝土；结构防裂Abstract:Concrete is a common buildi
2、ng material in civil construction in China at present.The construction mechanism of concrete is to use cement to form gel material after chemical reaction with water,and to form a solid and durable structure with aggregate during curing,so as to improve the overall bearing capacity and stability of
3、the building structure.Cracks may occur in mass concrete due to hydration heat deposition and other reasons in construction,so crack prevention measures must be taken.Based on this,this paper analyzes the cracking mechanism and causes of bridge mass concrete,and then discusses the crack prevention m
4、easures of railway bridge mass concrete structure through case analysis,in order to provide some reference for colleagues in the construction industry.Key Words:railway bridge;mass concrete;structural crack prevention分类号：U445.57铁路桥梁大体积混凝土结构防裂措施探讨董晓帅安徽省综合交通研究院股份有限公司，安徽 合肥 230000Discussion on Crack Pr
5、evention Measures for Mass Concrete Structure of Railway BridgesDONG XiaoshuaiAnhui Comprehensive Transportation Research Institute Co.,Ltd.,Hefei 230000,Anhui,China069.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.02.作者简介：董晓帅，男，本科，工程师，研究方向为铁路桥梁工程。近年来，我国铁路建筑行业发展迅猛，铁路建构物建设项目数量激增。但随着铁路建设不断向地理环境复杂地区拓展，铁路桥梁结构物的结构稳定性要求
6、越来越高，必须积极做好铁路桥梁结构建设质量病害控制。而铁路桥梁建设最常见、危害性最大的结构病害就是混凝土裂缝，这就要求铁路建设同仁必须重视铁路桥梁混凝土结构的防裂工作。1 桥梁大体积混凝土开裂机理与普通混凝土结构相比，桥梁的大体积混凝土结构的厚度和长宽比差异明显，虽然同为大体积混凝土结构，桥梁结构的厚度更薄1。虽然普通混凝土结构和大体积混凝土结构在进行浇筑作业时，水泥都会出现水化热现象，但是二者的内外散热率有很大差异。桥梁大体积混凝土结构表面散热率更快，内部热量无法很快散发出来，导致温度应力产生，最终导致开裂问题。虽然和普通混凝土结构裂缝大体相似，性质却不一样2。2 桥梁大体积混凝土开裂原因对
7、桥梁这种大体积混凝土结构出现无规律开裂的成因进行分析可知，包括现场温度条件、水化热反应、养护作业及结构性能等在内的多种因素，都有可能导致混凝土结构裂缝。导致开裂的最主要原因就是水化热反应，水化热反应时的放热速度和内部积累量与大体积混凝土结构开裂的严重程度成正比3。这种不利局面的诱发因素复杂多变，绝大多数来自混凝土生产所用水泥材料。水泥材料的类型、矿物质组成及标号都是主要影响因素，同时，累计浇筑厚度也是水化热发展与创新217工程技术研究 第 8 卷 总第 130 期 2023 年 1 月反应的影响因素。浇筑完成的混凝土结构必然会出现水化热反应，它可能导致结构内部达到接近 70 的高温条件，明显高
8、于结构所处的环境温度，即使为结构外部施加行之有效的保温措施，内外部的过大温差也无法及时缩小，如果浇筑作业期间环境温度波动幅度过大，开裂风险还会进一步扩大4-5。3 工程案例简介某大桥为铁路桥梁，它的 U 形台身编号分别是 1 号和 0 号，混凝土强度为 C40，1 号台身混凝土用量为 1 163.4 m3，0 号台身混凝土用量为 881.3 m3，属于大体积混凝土结构，须有效防止浇筑后水化热过大现象，避免出现收缩裂缝，同时严格防范温度应力导致结构开裂。4 桥梁大体积混凝土防裂措施在工程施工阶段，施工单位必须严格依据中铁建设集团有限公司制定的裂缝控制管理体系，采取提前预防和过程动态化管理的方式，
9、在施工过程各个阶段开展裂缝控制专项管理，要求严格贯彻执行管理措施。为了确保施工成效达到功能指标设计要求，施工单位须从如下方面积极做好裂缝控制。4.1 合理选材混凝土结构施工过程中，一定要严格测试确定混凝土材料的配合比，可把混凝土结构开裂的概率缩小到一定限度。（1）选择混凝土结构适用的水泥品种，是防裂控制的关键环节，大体积混凝土结构浇筑作业的适用水泥材料为复合硅酸盐或矿渣类型水泥，这类水泥材料水化热量比较低。尽量避免使用快硬类型的硅酸盐水泥。（2）水泥材料质量和裂缝控制密切相关，高质量水泥防裂效果更好，混凝土的粗细骨料以优质级配材料为宜，可降低开裂概率；如果大体积混凝土结构厚度过大，但是钢筋设计
10、用料很少甚至无筋，粗细骨料中最好掺入适量质量上乘的大块石料，缩减水化热的生成量，减少开裂因素。大块石料的掺入量需要科学控制，以小于等于粗细骨料总量的 20%为宜，同时细集料适宜选择中粗砂，防裂效果更好。（3）科学技术的快速发展，为混凝土浇筑作业提供了更多辅助材料选择，外加剂和掺合料就是典型代表。矿粉或粉煤灰是主要的常用掺合料，应用优势是防裂效果好，能够提升混凝土成料的和易性，显著改善工作性能。需要注意的是，掺合料选用过程还须综合考量具体的理化性质，使用不当会起到反作用。以粉煤灰为例，它能影响混凝土浇筑后的早期干缩反应，如果粉煤灰含碳量较高或者细度较低，则混凝土搅拌作业的用水量会大幅度增加。同时
11、，外加剂也是一种重要辅助材料，它能显著改善混凝土材料工作性能。以减水剂为例，它可以减少混凝土材料搅拌作业的水泥用量和用水量，同时减少后续水化热生成量。如果混凝土夏季高温环境以泵送方式进行浇筑作业，缓凝剂是很好的辅助材料，它可以有效延长混凝土材料的凝固时间，实现更合理的水化热放热过程。混凝土材料制作和成料运输一定要保证搅拌充分均匀，投入应用前要严格测算混凝土材料的各种系数，搅拌时长要控制得当，中间不得停止搅拌，确保材料坍落度达标。4.2 做好温度控制（1）台身设置冷却管。大体积混凝土结构的浇筑过程，需要合理控制结构内部和外部之间的过高温差，尽量延缓内部结构中过快升高的水化热速度，需要在混凝土浇筑
12、作业之前，经过细致测算得出的水化热数据，在台身里面科学设置冷却水管。水管管材要求外径为 50 mm，壁厚为 2 mm，拐弯处以焊接方式过渡，同时保证焊接接头牢固安全。此工程于台身内部设置3 层冷却水管，每层独立设置并合理安排进出水口。阀门设置在进水口部位，起到控制进水量的作用，便于相关人员采集参考数据，控制循环水在冷却水管的水温和流速。台身内部的冷却水管以铁丝与支撑钢筋架牢固绑定，结束安装后，要进行泌水试验，确保冷却水管不会出现渗漏或堵塞。（2）设置温控元件。此工程混凝土浇筑作业期间，还须对桥梁台身进行温度监测，可采用 53 铜热电偶和数字温度显示仪，设置在台身结构内部完成测温作业。针对入模后
13、的混凝土，须利用水银温度计监测环境温度，温度计规格型号是 0 100。结合测区平面设置相关原则和施工现场的实况，测区设置数量共 3 个，各测区在距离混凝土结构顶部下面和底部上面 50 mm 部位设置测温仪器，同时严格区分设置位置，划分合理应用线。测温仪器进行绑扎固定须选择 10 mm规格型号的钢筋，绑扎固定分为上中下三层。温度监测期间，由测温仪器向外部引 1 个接头，依次搭接到各个测区的测温仪器。发展与创新2182023 年 第 02 期 总第 130 期 工程技术研究4.3 浇筑及振捣控制此工程混凝土浇筑作业属于大体积混凝土结构，混凝土灌入模板时如果材料倾落高度不小于 2 m，容易出现离析现
14、象，必须增设串筒进行防范。浇筑作业以分层方式进行为宜，具体浇筑形式还须依据现场实况再定。此项目的浇筑方式是在水平面上分层逐层浇筑，直至顶部浇筑完成，由下往上实施浇筑，浇筑面为短向。相关人员要合理控制分层厚度，以 25 30 cm 为合理区间。这种技术应用的优势在于尽量延长水化热放热时长，提升降温速度，缩减温度应力，控制温差和收缩裂缝，确保浇筑作业实现均衡布料。下层混凝土结构初凝期前完成上层混凝土浇筑，各层混凝土浇筑作业都要均匀密实二次振捣，各层保证 2 3 h 的振捣时长，上层振捣时振捣棒插入下层混凝土结构的深度要达到 5 15 cm，确保上下层混合均匀。浇筑作业还要科学控制混凝土材料入模温度
15、，以 13 30 为宜；夏季浇筑时可把适量冰水掺入搅拌用水，为拌和料降温。浇筑现场须遮阳，避免阳光暴晒。此工程的钢筋设计密度较高，为了便于施工，提升振捣密实度，要求技术人员详细进行技术交底。浇筑作业以泵送方式进行，振捣作业要加大力度，同时可能有少量水分溢出钢筋结构下部，致使混凝土结构上部出现细微裂缝。为了防止裂缝大量出现，相关人员须在结构表面实施提浆，收面人员抹面压光，二次抹面要在结束初凝未到终凝时完成，防止表面产生过多收缩裂缝。振捣作业采用振捣棒，向下插入混凝土结构表面保证 5 10 cm，快插慢拔。同时，振捣过程全部振捣点位都要保证 20 30 s 的振捣时长，观察结构表面再无新气泡外冒，
16、即可结束该点位振捣。4.4 结构养护与拆模养护首先要做好结构养护，结束浇筑作业流程，混凝土结构的温度条件和强度达到养护要求时即可着手养护作业。结构表面进行整体覆盖并蓄水，最低养护时长为 7 d。大体积混凝土到达标准强度后，就要实施拆模作业。拆模作业用时很长，为了防止作业期间混凝土结构表面温度快速下降，内部温度仍然很高，内外结构出现过大温差导致温差裂缝，需要全面控制混凝土结构内外温差，温差应不宜超过 25。大体积混凝土结构的养护作业，须在结束浇筑作业后，结构内部以土工布覆盖，结构外部以塑料覆盖，实施洒水养护作业。期间技术人员要密切对混凝土结构的表面和内部进行温度监测，科学控制内部外部温差不超过设计标准，混凝土结构表面自始至终都要保持湿润，养护作业持续不断达到 21 d 以上。需要注意的是，如果混凝土结构的终凝强度等级没有达到拆模标准，不得擅自拆卸模板，也不能安装结构上部的支撑架和模板。4.5 裂缝检查与处理施工结束后要严格排查处理裂缝隐患。建设铁路桥梁属于长周期建设项目，而且不同性质的混凝土结构，裂缝的潜伏期也长短不一，一些裂缝很早就会出现，一些裂缝可能很晚才会产生。因此，有必要对每道工
