浅谈沈丹客运专线大体积混凝土承台裂缝控制措施

刘明明

（辽宁地质工程职业学院，辽宁 丹东 118008）

1 工程概况

新建铁路沈阳至丹东客运专线跨沈丹高速4号特大桥15#承台尺寸为 22.6m×14.6m×3.5m+17.2m×10.2m×3.5m，上下两层，上层混凝土方量为614.04m3，下层混凝土方量1154.86m3，混凝土总方量为1768.9m3，为大体积混凝土承台。施工中大体积混凝土承台裂缝问题普遍存在，裂缝一旦形成，特别是贯穿裂缝的出现危害极大，它会降低结构的耐久性，削弱构件的承载力，同时可能危害到桥梁的安全使用。

2 大体积混凝土产生裂缝的原因

裂缝产生的原因可分为两类：一是，结构型裂缝，是由外荷载引起的；二是，材料裂缝，主要是温度应力和混凝土自身收缩引起的。本文主要探讨材料型裂缝，具体原因如下：

2.1 水泥水化热引起的温度裂缝

大体积混凝土从浇筑时起，到达到设计强度止，即施工期间产生的裂缝主要是由水泥水化热引起的温度变化造成的。升温阶段，混凝土表面温度总是低于内部温度，依据热胀冷缩原理，中心部分混凝土膨胀的速度要比表面混凝土快，中心部分与表面质点间形成相互约束，中间属于约束膨胀，不会开裂，表面属于约束收缩，当表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。降温阶段，混凝土的体积会因自身温度不断降低而逐渐收缩，此时，由于地基或结构其它部分的约束，混凝土的收缩受到限制，便会在混凝土中产生很大的温度收缩应力，温度收缩发生时，混凝土强度并不高，抵抗开裂的能力就更差，一旦混凝土中温度收缩应力超过了混凝土当时龄期的抗拉强度，就会在混凝土中产生贯穿整个截面的裂缝。

2.2 混凝土自身的收缩

水泥水化硬化，水是必备的前提条件，但混凝土为了满足施工和易性要求，通常所加水量是水泥水化所需水量的数倍，多余的水为游离水，这些水会逐渐向空气中蒸发，引起体积的收缩，干缩与混凝土降温产生的冷缩叠加增大了混凝土中的拉应力，加剧了混凝土中裂缝的产生。实践证明混凝土干缩引起的应力值可达到温度应力值的30%以上。

3 大体积混凝土施工防裂措施

3.1 改善混凝土的材料性能

（1）水泥

由于温差主要是由水化热产生的，在保证混凝土强度的前提下，要尽量选择早期水化热低的水泥，施工中一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥，与同等级的矿渣水泥和普通硅酸盐水泥相比，3d的水化热可减少28%左右，由于水化胶凝数量不断增加，水泥石强度也随之增加，最后可能超过同强度等级的普通硅酸盐水泥，充分利用混凝土的后期强度。

（2）矿物掺合料

在大体积混凝土中掺入矿物掺合料（粉煤灰、矿渣等），可以减少水泥用量，延长混凝土的凝结时间，有利于混凝土热量的消散，同时改善混凝土的和易性和降低水化热，从而减少混凝土的内外温差引起的拉应力。

（3）粗细骨料及其含泥量

粗骨料应尽可能选用颗粒较大级配良好的石子，细骨料宜采用级配良好的中砂和中粗砂，这样孔隙率小，总表面积小，每立方米的水泥用量就小，水化热就随之降低，对防止裂缝的产生有利。

含泥量是影响混凝土质量的主要因素之一，含泥量过大直接影响混凝土的强度，干缩变、抗渗性、抗冻融、耐磨损及和易性，会增加混凝土的收缩，降低其抗拉强度。因此，大体积混凝土中粗集料的含泥量不得大于1%，细集料的含泥量不得大于2%。

3.2 承台混凝土浇筑方案

由于本承台混凝土浇筑方量较大，为了防止出现混凝土温度裂缝，采取了分层浇筑留水平施工缝的方法，减少混凝土一次浇筑量，施工安排整个承台分5次浇筑完成。下层混凝土浇筑分3次完成，每次浇筑1.17m，385m3；上层混凝土浇筑分2次完成，每次浇筑1.75m，307.02m3，每次浇筑完待混凝土初凝后在其表面注水20cm养护3天，再进行下一次浇筑。

3.3 控制混凝土的入模温度

混凝土的入模温度的高低对于混凝土早期温度产生和发展有着很大影响，入模温度过高会导致混凝土内部升温过快，与外界和表面温差过大，从而大大增加混凝土表面产生温度裂缝的机率。入模温度过低会严重影响混凝土强度、特别是早期强度的正常增长，从而影响结构的使用。

浇筑大体积混凝土时应选择较适宜的气温，尽量避开炎热天气浇筑，并选择一天中气温较低的时间段施工。混凝土入模温度不宜高于30℃，冬期施工时，混凝土的出机温度不宜低于10℃，入模温度不应低于5℃。

3.4 冷却管的埋设及通水冷却

《铁路混凝土工程施工质量验收标准》中规定：混凝土养护期间，混凝土芯部温度不宜超过60℃，最高不得大于65℃，混凝土芯部温度与表面温度之差、表面温度与环境温度之差不宜大于20℃。为了有效的控制温差，本承台混凝土浇筑时布设冷却水管，冷却水管宜采用导热性能较好的铁皮管，直径宜为Φ50mm。横纵向间距不大于1m，通水冷却时应保持水管畅通。设置冷却管的混凝土层自浇筑开始，冷却管内必须立即通入冷水，连续通水10d～12d，出水口流量10L/min～12L/min，冷却水应取用未经日光暴晒的自来水或流动的下层江水。混凝土浇筑过程及养护期间进行冷却水循环，将构件内部产生的部分热量随时带走，降低混凝土水化热峰值，降低构件的内外温差，从而最大程度地避免温度裂缝的产生。

3.5 加强混凝土的养护

混凝土浇筑完毕后，应及时洒水养护（在早期为避免外界温度突变，混凝土表面要及时依次覆盖薄膜、麻袋进行保温），以保持混凝土表面经常湿润，这样既减少外界高温倒灌，又防止干缩裂缝的发生，促进混凝土的稳定增长。连续养护时间不少于28d或设计龄期。

4 结语

总之，沈丹客运专线大体积混凝土承台裂缝主要是由内外温差过大造成的，裂缝的出现不仅会降低承台的渗透能力，影响承台的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低承台的耐久性。因此，大体积混凝土承台施工时需要采用适宜混凝土材料，选择合理的混凝土浇筑方案、控制混凝土的入模温度、对混凝土进行有效的降温、减少温度应力、加强混凝土的养护等。

[1]陈斌.混凝土配合比优化及结构早期裂缝防治研究[D].浙江大学,2005.

[2]宋岩丽.大体积混凝土裂缝的原因及控制措施[J].山西建筑,2011（4）.

[3]蒋春平,张蓓.建筑施工技术[M].中国建筑工业出版社,2012.

[4]TB10424-2010铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].