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橋涵大型混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題的成因與管控論文
當前我國國內(nèi)外工程建設(shè)過程當中，對于因?qū)C械荷載而引起的開裂問題都有比較深入的研究。但是對于因溫度荷載而引起的裂縫問題則并沒有充分的研究及重視，為進一步防范危害工程整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的裂縫問題不斷產(chǎn)生。工程相關(guān)企業(yè)及部門，都應(yīng)當對于當前橋梁工程當中大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問題進行更深入的研究與思考。后續(xù)的探討將針對此主題展開，對于橋涵工程中的整體裂縫問題出現(xiàn)進行分析，并提出建議，促進技術(shù)完善。
1、橋涵工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因分析
1.1、水泥水化熱的影響
水泥在整個水化過程當中，會釋放出大量的熱量，而且熱量釋放的頂峰是集中在澆筑完成后的7d左右，就普遍情況來看，在這一階段每克水泥能夠釋放出500J左右的熱量，如果依照350～550kg/m3的水泥用量來計算，每立方米混凝土將放能夠釋放出17500~27500kJ的熱量單位，進而使混凝土內(nèi)部的溫度持續(xù)提升。（最高可達到 70℃亦或更高）。特別是對于大體積的混凝土結(jié)構(gòu)而言，這樣的現(xiàn)象更為明顯。由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表層的散熱無法達到均衡，中心部分存在溫度過高的問題，這樣就會使整體結(jié)構(gòu)溫度呈現(xiàn)梯形發(fā)展，使得混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部開始產(chǎn)生壓應(yīng)力，表層部分產(chǎn)生拉應(yīng)力，當拉應(yīng)力超越整個結(jié)構(gòu)能夠承載的極限時，混凝土結(jié)構(gòu)表層就會開始產(chǎn)生縫隙。
1.2、混凝土收縮問題
混凝土暴露在空氣當中逐漸開始硬結(jié)時，由于水分蒸發(fā)，整體體積會產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，這樣的收縮現(xiàn)象會使混凝土在不受外力的前提下產(chǎn)生自主的變形，在受到外部因素影響（如支撐條件、鋼筋等等）時，會使混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得整個混凝土結(jié)構(gòu)開裂。引起混凝土裂縫問題的收縮問題主要包括干燥收縮、塑性收縮以及溫度收縮等幾種。在初期開始產(chǎn)生硬化時，收縮現(xiàn)象主要是在水泥石水化凝固硬結(jié)過程當中逐漸產(chǎn)生的體積變化，后期則主要是混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)而導(dǎo)致的干縮變形[1]。
1.3、外界條件變化的影響
大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程當中，外界氣候、氣溫等多項條件的轉(zhuǎn)變，對大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生有著決定性作用�；炷羶�(nèi)部的溫度主要是由水化熱的絕熱溫升、混凝土澆筑的溫度以及結(jié)構(gòu)整體散熱溫度等多重溫度疊加的總和。其中混凝土澆筑的溫度與外界氣溫是聯(lián)系最為密切的，隨著外界氣溫升高或降低，混凝土的澆筑溫度也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。所以在外界溫度驟然降低的情況下，大體積混凝土的內(nèi)外溫度的梯度則會增大。在這樣的情況之下，混凝土結(jié)構(gòu)會整體會產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，因此很容易導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)整體開裂.除此之外，外界的整體濕度變化也是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題的一個主要原因，外界氣候濕度的驟降會使混凝土的干縮過程進一步加速，也會導(dǎo)致混凝土裂縫問題的產(chǎn)生。
2、大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題的管控
2.1、大體積混凝土中水泥的品種及用量
當前多數(shù)理論研究結(jié)果，都充分表明大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫問題的最主要原因，就是水泥在水化過程當中，釋放出了大量熱能，即是說熱能是促生裂縫的一項重要因素。因此施工企業(yè)在對于橋涵工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)建材進行選擇時，應(yīng)當遵循抑制熱量的原則。選擇中熱或低熱的水泥作為原材料。而且水泥在澆筑過程當中所釋放出的溫度及釋放溫度的速度，都與水泥中礦物成分的比例有著密切關(guān)系。水泥內(nèi)礦物群中，發(fā)熱速率最快且熱量最大的成分是C3A（鋁酸三鈣），其他效果相近的成分依次為c2s（硅酸二鈣）c3s（硅酸三鈣）和C4AF（鐵鋁酸四鈣）。
2.2、外加料及外加劑的摻入
在大體積混凝土結(jié)構(gòu)當中融入了定量的粉煤灰之后，混凝土的整體密實度會有很大程度的提升，進而確保結(jié)構(gòu)有更好的防滲透能力，提升混凝土的剛度，削減最終的收縮值，并節(jié)省水泥的整體用量。要確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)中因水泥水化熱導(dǎo)致的內(nèi)部溫升得到緩解，并抑制整個結(jié)構(gòu)隨溫度變更出現(xiàn)的裂縫問題，最有效的一種解決方式，便是將粉煤灰融入混凝土作為摻合料。對于外加劑進行選擇時，可以著重從以下幾個方面來進行選擇。例如 UFA 膨脹劑，這種外加劑能夠達成等量替換水泥的效果。并且能夠使混凝土產(chǎn)生適度的膨脹。除此之外，還能夠進一步確保混凝土的整體密度，這樣的材料能使混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生一定壓力，以確保對混凝土中部分拉應(yīng)力的抵消。此外還應(yīng)當加入減水緩凝劑，這樣能夠使水化熱的峰值期得到適當延緩，并提升混凝土結(jié)構(gòu)的整體和易性，削減水灰比，以確保環(huán)節(jié)水化熱這一目標的達成[2]。
2.3、對于大體積混凝土設(shè)計的優(yōu)化
在大體積混凝土結(jié)構(gòu)當中，在不設(shè)置鋼筋或少設(shè)置鋼筋的前提下，在橋體與涵洞處容易產(chǎn)生裂縫的部位，以及橋體轉(zhuǎn)角處，都應(yīng)當適當布置一些斜筋，進而讓斜筋為混凝土結(jié)構(gòu)承受拉應(yīng)力，這樣能夠有效對橋體裂縫的發(fā)展進行控制。為了避免結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)，在設(shè)計過程當中，應(yīng)當充分應(yīng)用中低強度的水泥，并充分應(yīng)用混凝土后期強度。在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程當中，設(shè)計人員要格外注意對結(jié)構(gòu)約束度的削減與控制。對于混凝土結(jié)構(gòu)當中，對于鋼筋保護層的厚度進行設(shè)計時，應(yīng)盡量維持最小值，因為保護層的厚度，決定著其韌性，越是厚的保護層，越容易導(dǎo)致裂縫問題出現(xiàn)。
2.4、針對大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題的檢測與處理
對于混凝土裂縫，應(yīng)當以防控為主，重點在于在裂縫產(chǎn)生之前對結(jié)構(gòu)的及時檢測與處理，為此相關(guān)人員需要進行精心嚴謹?shù)脑O(shè)計與施工，但是由于當前多數(shù)工程采用的裂縫防范措施安全系數(shù)普遍較低，而實際情況則是不斷變化的，所以在實際的工程施工及運作過程當中依然會無法避免的出現(xiàn)一些裂縫。對大體積混凝土的裂縫進行分類，主要可以分為三種：表層裂縫、深層裂縫以及貫穿裂縫。針對結(jié)構(gòu)表層的裂縫，由于其對結(jié)構(gòu)整體的耐久性、應(yīng)力與安全性近乎不存在任何影響，因此可以不作深入處理，定期維護填充即可。對于深層的裂縫以及貫穿性的裂縫，則可以采取裂縫鑿除的措施來進行處理。
可以充分利用風鉆、風鎬、或人工操作，將裂縫部分的混凝土鑿除至看不見的程度為止，確保鑿槽斷面呈現(xiàn)出梯形，再在梯形槽部分澆筑混凝土，設(shè)置限裂鋼筋，便能夠控制裂縫的問題。
處理更深層裂縫的時機，通常是在混凝土經(jīng)過充分冷卻，已經(jīng)硬化后，在裂縫部分鋪設(shè)一到兩層鋼筋之后，再持續(xù)澆入新的混凝土。針對發(fā)展趨勢較為嚴重的裂縫，可以采取水泥灌漿法與化學灌漿法。水泥灌漿的適用范圍是寬度在0.5mm以上的深度裂縫，化學灌漿則適用于寬度小于0.5mm的裂縫�；瘜W灌漿材料通常應(yīng)選擇環(huán)氧－糠醛丙酮系等，確保全面填充，提升結(jié)構(gòu)剛度[3]。
3、結(jié) 語
橋涵工程是我國路橋工程的重要構(gòu)成部分，是社會性的工程，也是關(guān)乎整個城市、整個國家交通運輸及民眾出行安全性的重要一環(huán)，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)則是在當前路橋工程中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)。因此只有不斷提升混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，才能確保橋涵工程整體建設(shè)質(zhì)量的提升。
參考文獻
[1]李 偉.建筑工程大體積混凝土施工裂縫控制措施研究[J].工程技術(shù)研究，2017（01）：153+155.
[2]朱艷男.高鐵橋梁工程大體積混凝土裂縫成因及控制措施[J].價值工程，2014（28）：133~134.
[3]孫曉虎，齊 劍，張 軍.大體積混凝土裂縫控制技術(shù)在工程中的應(yīng)用[J].混凝土，2008（08）：105~108.
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