桥梁施工中混凝土早期裂缝控制技术研究
郭万辉
中国铁建大桥工程局集团有限公司 天津市 300300

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摘要:

随着我国经济建设的不断发展,桥梁工程建设在国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。但是,在桥梁施工过程中,由于受外界环境及温度等因素影响,导致混凝土结构出现了不同程度的裂缝。这种裂缝不仅影响桥梁工程的美观,也影响到桥梁结构的安全性与耐久性。因此,在桥梁施工过程中,必须要针对混凝土裂缝产生的主要原因进行分析,并采取有效的措施进行控制。本文就对桥梁施工中混凝土早期裂缝产生的主要原因进行了分析,并对混凝土早期裂缝控制技术进行了研究与探讨,旨在提高混凝土裂缝控制水平,保证桥梁工程质量。

关键词: 桥梁施工混凝土裂缝控制技术
DOI: 10.12428/zgjz2025.09.209
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引言

混凝土结构是当前桥梁工程中最常用的结构形式之一。但是,混凝土结构在实际施工过程中,由于受到多种因素的影响,会产生不同程度的裂缝,严重影响桥梁工程的使用性能及寿命。因此,在桥梁施工过程中,必须要重视混凝土裂缝的控制。此外,混凝土早期裂缝也是桥梁工程中经常遇到的一种问题。在桥梁施工过程中,由于受环境条件、材料性能、施工工艺及流程控制等因素影响,会出现不同程度的混凝土裂缝。因此,在桥梁施工过程中,必须要对混凝土早期裂缝产生的主要原因进行分析,并采取有效的控制措施进行处理,以保证桥梁工程质量。

一、裂缝产生的主要原因

 收缩裂缝:混凝土在凝结硬化过程中,由于水泥水化热引起温度变化,当混凝土的内外温差超过一定值时,就会出现混凝土收缩现象。在这种情况下,由于受到混凝土结构自身体积的约束,就会出现体积变形,导致混凝土表面出现裂缝。这种裂缝产生的原因主要有两个方面:一是结构不均匀沉降引起的收缩裂缝;二是结构塑性收缩裂缝。温度裂缝:在桥梁施工过程中,由于受到外界环境及温度等因素的影响,会导致混凝土出现不同程度的裂缝。这种裂缝主要是由于结构自身所具有的热胀冷缩特性引起的,属于混凝土结构强度较低、抗拉应力较弱、抗变形能力较差造成的[1]

二、桥梁施工特殊环境下的裂缝特点

温度裂缝是指当混凝土浇筑后,在硬化过程中或硬化后产生的裂缝。这种裂缝通常在大体积混凝土、大体积混凝土结构中容易出现,尤其是当温度处于临界点时,其出现概率更高。由于外部环境的变化,导致温度急剧变化,从而使结构内部温度发生变化[2]。这种现象,会使结构内部的约束条件发生变化,从而导致混凝土应力发生改变,最终导致混凝土出现裂缝。这种裂缝通常在大体积混凝土结构中容易出现。因为大体积混凝土由于体积大,内部温度变化较大,从而使其产生收缩。

三、混凝土早期裂缝影响因素分析

3.1原材料质量及配合比  

水泥:水泥是混凝土的重要组成材料,水泥质量的好坏将直接影响混凝土的强度、弹性模量等性能。水泥中的碱性氧化物含量较高时,在水化过程中将释放出大量的氢氧化钙,造成混凝土中碱性物质增多,其结果是产生大量的钙矾石,导致混凝土体积膨胀而开裂。骨料:骨料种类、质量和形状对混凝土性能有着重要影响。如粒径较大、形状不规则的骨料将增大混凝土的空隙率,增大毛细孔隙数量,导致混凝土干缩和自收缩增加,引起裂缝。而形状规则、棱角分明的骨料能有效减少混凝土内外表面出现的水分蒸发与渗透,减少毛细孔隙数量,提高混凝土密实性和抗拉强度。

3.2施工工艺与工序控制  

(1)振捣方式会对混凝土的密实度和强度产生影响,并影响其后期的强度。在施工中,应采用快速、均匀、连续的振捣方式,振捣时间应控制在15s以内。(2)养护:养护对混凝土早期裂缝的产生有重要影响,及时养护可以降低混凝土早期温度应力,有效预防早期裂缝。对混凝土进行保湿保温养护是减少混凝土开裂的重要措施,在养护时,应确保混凝土表面湿润,并要有一定的湿度和温度。(3)拆模时间:由于施工中的温度、湿度等因素变化较大,在拆模时如果过早或过迟会引起较大的收缩应力而产生裂缝。拆模时间要根据气温、风速等外界条件而定[3]

3.3环境因素

环境因素对混凝土的影响主要有温度、湿度和风速。温度的变化会导致混凝土的变形,在混凝土内部产生温度应力,引起开裂。湿度也会影响混凝土的强度和变形能力,降低抗拉强度和变形能力。风速过大会导致混凝土表面水分蒸发过快,影响其强度和变形能力,在浇筑完成后表面水分蒸发过快,很容易出现开裂。此外,温度变化还会引起混凝土中微裂缝的产生,从而降低混凝土的抗裂能力。由于各种原因造成的裂缝都具有一定的规律性和可预见性,所以在实际工程中采取措施对混凝土早期裂缝进行有效控制是十分必要的。但在实际施工过程中控制措施必须根据具体情况制定和采取。

3.4结构设计与约束条件  

混凝土结构的设计是影响其强度、刚度和稳定性的重要因素,如合理的结构设计,可以避免混凝土发生裂缝。此外,在结构设计中必须考虑各种约束条件,如温度、湿度和变形等,以满足实际需要。在大体积混凝土施工中,如果混凝土内有较大的温度差,就会产生很大的收缩应力。因此在结构设计中应充分考虑各种因素对裂缝的影响。例如,在大体积混凝土施工中,结构尺寸大、水泥用量大、水化热高、收缩大等特点都会造成混凝土早期裂缝。因此,在桥梁施工过程中,必须要选择合适的浇筑方法、施工工艺和约束条件等,以减少裂缝的产生[4]

四、混凝土早期裂缝控制技术

4.1原材料优化与外加剂选用

在混凝土原材料选择方面,应尽量选择水化热低、凝结时间长的水泥。在选用外加剂时,应尽量选用高效缓凝、减水剂,并在混凝土中掺入适量的粉煤灰。通过优化原材料的选择,可以有效地降低混凝土早期水化热,减少混凝土中的温度应力,从而减少混凝土早期裂缝的发生。在施工中应严格控制混凝土配合比设计,不得随意加大水灰比。同时,应尽量缩短施工时间,减少混凝土在高温下的时间,避免水泥水化热和外界环境温度过高对混凝土产生过大影响。此外,为了降低混凝土早期温度应力和收缩应力,应选择合适的保温保湿养护材料。

4.2合理配合比设计  

配合比设计是混凝土早期裂缝控制的关键技术之一。应根据工程实际情况,选择适当的水泥、砂、石材料,在确保强度、耐久性和体积稳定性的前提下,兼顾经济性。水泥品种应根据不同工程环境进行选择,如高温季节可选用高标号水泥,冬季可选用中强度水泥或低强度水泥。砂率应根据工程具体情况进行选择,砂率过大或过小都会对混凝土性能造成不利影响。掺合料对混凝土性能的影响很大,掺量太少会降低混凝土强度和耐久性,而掺量太多会使混凝土收缩加大。合理选择骨料级配,砂率过小或过大都会对混凝土的和易性和强度产生不利影响。

4.3先进施工工艺与流程管控  

在混凝土浇筑过程中,由于混凝土流动性较大,所以必须采取先进的工艺来实现对施工质量的有效控制。在拌合的过程中,应加强对原材料的科学调配,严格控制搅拌时间,确保混凝土搅拌均匀。同时,还要加强对混凝土浇筑的管理,要严格控制振捣时间,确保振捣均匀。另外,在浇筑过程中还要做好养护工作。在施工过程中,要加强对养护材料的合理配置。在对混凝土进行养护时,要选择合适的时间,一般是在气温较低时进行养护工作。此外,还要加强对混凝土表面温度的控制。

4.4养护技术与措施  

混凝土的早期养护是混凝土早期裂缝控制的关键环节,不仅要满足强度要求,还要确保裂缝宽度符合设计规范,进而保证桥梁结构安全。因此在施工中要采取科学有效的养护技术与措施,严格按照设计要求和规范进行养护,并做好以下工作:①合理控制混凝土的养护时间;②对混凝土表面进行全面覆盖和保湿处理;③对混凝土内部进行适当的保温处理;④确保施工材料及设备满足混凝土养护需求;⑤对混凝土表面进行有效覆盖,并及时清理表面杂物;⑥确保混凝土表面保持湿润状态,若表面出现失水现象,要及时采取有效措施进行补充。只有做好以上工作,才能保证桥梁施工中的混凝土早期裂缝得到有效控制[5]

4.5温控措施与应力控制  

大体积混凝土浇筑前,应根据混凝土配合比和施工方案,制定合理的施工进度计划,并确定混凝土入模温度;同时要做好浇筑过程中的温度监测工作,确保混凝土的浇筑温度满足规范要求。此外,在混凝土浇筑后的各个阶段都要及时监测其内部温度,并对内部温度变化进行分析和控制。当气温骤降时,应采取保温措施,避免温差过大而导致混凝土内外出现较大温差而产生裂缝。此外,对于大体积混凝土施工过程中出现的裂缝,可以采取降低水泥水化热温升和加快骨料冷却的方法来防止裂缝的产生。具体做法是:降低水灰比、减少水泥用量、降低拌和水温度等。

4.6新型裂缝监测与预警技术

在传统的混凝土早期裂缝检测技术中,主要通过测量混凝土的内外温度变化来判断混凝土的开裂情况,但这种技术存在一定缺陷。例如,传统的测量方法需要将混凝土浇筑成型后再进行测量,这种方法虽然能准确地测量出混凝土内外温度,但对于桥梁施工来说有很大的局限性。此外,传统的裂缝检测技术主要是依靠人工进行,但是这种方法会受测量人员技术水平和经验的影响,无法准确反映出混凝土早期裂缝的实际情况。为此,应研究新型裂缝检测技术,并将其应用于实际施工中。新型裂缝监测技术主要包括多点温度监测、自适应无线传感网络、三维可视化等技术。

五、混凝土早期裂缝控制技术的挑战与发展趋势

5.1技术应用中的难点与瓶颈  

在桥梁工程混凝土早期裂缝控制技术应用中,如何将混凝土的各项性能指标进行优化,并对其性能的稳定性和持久性进行测试和研究,是整个技术应用中的难点与瓶颈。而这一问题,也是我国桥梁工程建设中需要面对的问题。另外,在混凝土早期裂缝控制技术应用过程中,如何选择最经济有效的施工技术,也是一个难题。目前,国内工程建设中存在着多种混凝土早期裂缝控制技术,但在实际应用过程中,每个技术都有自己的优缺点和局限性。因此,在不同的施工条件下,选择最经济有效的施工技术才能使裂缝控制技术得到充分应用。

5.2智能化、信息化裂缝管理技术展望

 (1)基于物联网的信息化裂缝监测与预警系统,可实现混凝土结构物裂缝的实时监测,并通过人工智能算法对海量裂缝数据进行智能分析和预警,实现对早期裂缝的预测、预防和控制。(2)基于高性能传感技术、大数据、云计算等现代信息技术手段,实现混凝土结构物早期裂缝的精准感知、科学预测与智能预警。(3)基于 BIM技术的可视化裂缝监测与可视化分析系统,将桥梁工程设计、施工等信息集成到 BIM模型中,实现工程设计、施工、运行维护全生命周期的可视化管理,并通过可视化分析为桥梁工程全寿命周期提供可靠依据。

5.3新材料与新工艺发展趋势  

混凝土是一种“非均质”材料,随着国家对其性能要求的提高,未来混凝土的性能会向更高的方向发展。除水泥外,目前混凝土中所用的各种外加剂(如减水剂、引气剂、阻锈剂等)、矿物掺合料、矿物纤维等也会向高性能方向发展。但因其种类繁多,性质各异,很难统一将其分为一类,这也是未来研究的难点。除此,随着未来研究的深入,更多新材料、新工艺被运用到混凝土中,以减少或消除混凝土裂缝的产生。在原材料选择上,除传统混凝土用原材料外,新型水泥、掺合料、减水剂、膨胀剂等也会被越来越多地使用到混凝土中。另外,3D打印技术也在近几年得到了迅速发展。

5.4标准体系与工程管理建议

(1)针对桥梁施工中混凝土早期裂缝控制的特点和难点,开展相关的研究与应用,从原材料、配合比、生产工艺等方面提出一系列新技术新材料与工艺,建立完善的早期裂缝控制技术标准体系,并进行试验验证。(2)规范桥梁施工中混凝土的设计、生产、运输、浇筑、养护等环节的管理,以提高桥梁施工中混凝土早期裂缝控制技术的工程质量和应用效果。(3)完善桥梁施工中混凝土早期裂缝控制技术的工程管理与质量管理体系,通过工程项目管理,建立完善的施工质量控制和保障体系。加强对工程建设各个环节的监督和管理,建立桥梁施工中混凝土早期裂缝控制质量追溯与责任追究制度。

结语

桥梁工程施工中混凝土早期裂缝控制技术研究具有一定的现实意义,有助于为相关部门提供必要的参考和依据,同时对保障桥梁工程质量、提高施工效率等方面也具有重要意义。随着社会经济的不断发展,我国桥梁工程建设事业也得到了很大发展。在此过程中,桥梁工程混凝土早期裂缝控制技术的研究是不可忽视的。为此,应加强对混凝土早期裂缝控制技术的研究,进一步提高施工质量。此外,相关部门还应不断完善施工标准和规范,建立健全桥梁施工混凝土早期裂缝控制技术的工程管理与质量控制体系,以促进桥梁工程施工质量水平的不断提高。

 参考文献

[1]李智.道路桥梁施工中混凝土裂缝控制技术研究[J].科技视界,2025,15(19):67-70.

[2]寇应科.桥梁施工中的混凝土裂缝控制技术研究[J].运输经理世界,2025,(17):106-108.

[3]王兴瑞.混凝土桥梁施工裂缝控制技术研究[J].运输经理世界,2025,(12):105-107.

[4]董春生.公路桥梁施工中的混凝土裂缝控制技术研究[J].汽车周刊,2025,(02):249-251.

[5]袁卫.桥梁施工中混凝土裂缝成因及控制技术[J].工程与建设,2020,34(03):523-524.


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ISSN:3079-9155 (Online)
ISSN:3008-0053 (Print)
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