市政隧道大体积混凝土裂缝的控制

市政隧道大体积混凝土裂缝的控制

管仁生

佛山市铁路投资建设集团有限公司 广东佛山 528000

摘要：市政隧道工程建设直接关系到人们出行与生产运输，加强大体积混凝土施工监管，控制混凝土裂缝的出现，有助于提高隧道工程质量，从而为保证人们安全提供基础条件。本文就此展开了认真分析。

关键词：市政隧道工程；大体积混凝土；混凝土裂缝

1当前市政工程混凝土技术现状

1.1力学性能提升技术

近年来我国高铁、过江跨海隧道、大型桥梁等工程的规模化建设和装配式建筑的发展，极力推动了混凝土预制构件生产应用技术的进步。为提高混凝土预制构件的生产效率，通常采用蒸汽养护的方式以促进混凝土早期强度的快速发展。然而，蒸汽养护能耗达到生产总能耗的70%～80%，造成了极大的能源浪费，同时高温养护带来了预制构件脆性增大、孔结构疏松以及耐久性降低等问题。混凝土早强剂是提高混凝土早期强度的常用方法。随着新型结构的快速发展，大跨径桥梁、薄壁结构、抗爆结构和深水海洋平台等重大或特种工程对高与超高强度、超高韧性混凝土有迫切需求。良好的颗粒级配和致密的微观结构是混凝土高与超高强的关键来源，因此，减小孔隙率、优化孔结构、提高密实度是超高强混凝土制备的基本原理。围绕混凝土的最大堆积密度，目前已形成了诸如线性堆积密度模型、悬浮固体模型、可压缩堆积模型等。基于上述最大堆积密度模型理论，矿物掺合料以及纳米材料等组分大量应用到混凝土中，促进了多组分复杂胶凝材料体系的水化动力学研究得到重视。高韧性化已经成为改善混凝土材料及工程结构脆性的重要手段之一，而纤维增强是其核心。目前常规强度超高韧性的混凝土材料研究已相对成熟，如基于微观力学的性能驱动设计方法的超高韧性水泥基材料，而如何实现混凝土超高强与超高韧的统一是当下研究热点。高效协同作用机制的影响因素包括胶凝材料体系与强度、颗粒尺寸与分布以及纤维种类、强度、掺量、长径比和分布特征。

1.2耐久性提升技术

钢筋混凝土耐久性设计是混凝土耐久性提升的首要工作。钢筋混凝土的耐久性设计应确保所建成的建筑结构在可预计的暴露环境类别与作用等级下，可以承受其设计使用年限中的不利环境影响，满足可维护性要求。就本质而言，耐久性设计涉及选择适当的材料组成、性能和结构构造的组合，从而确保结构的耐久性。耐久性设计与混凝土保护层的质量和厚度有关。混凝土保护层的质量不仅取决于混凝土的组成与配合比，而且取决于施工工艺，即振捣、养护、侵蚀性介质的早期渗透等因素^[1]。因此，混凝土的耐久性设计应考虑上述因素的波动性，然而传统的耐久性设计方法是确定性的，上述波动性在耐久性设计中并未得到体现。尽管如此，基于概率统计的耐久性设计方法已成为国际研究的主流方向，总体目标是构筑基于可靠性的耐久性设计方法，使钢筋混凝土结构耐久性达到可接受的失效概率。就提升混凝土基体抗介质侵蚀性能而言，传统技术包括降低水胶比、提高胶凝材料用量和使用矿物掺和料。

2市政隧道大体积混凝土裂缝的控制

2.1混凝土防裂措施的比选 大体积混凝土防裂措施有以下几种: (1)采用中、低水化热的水泥或掺人粉煤灰来减少水泥的用量,降低水化热,同时也能增强混凝土的和易性。 (2)预埋钢管,浇注后及时通水冷却,形成循环水通道,削减混凝土内部的水化热。 (3)混凝土分段、分层浇注，合理控制浇注速度,利.用浇注层顶面进行散热。 (4)选择适宜的气温环境,通过气温控制混凝土的人模温度,防止，人模温度过高积蓄热量。 (5)气温较低时对浇筑完毕的混凝土进行覆盖,减小混凝土的内、外温差。 在混凝土的温度收缩应力远大于混凝土的抗拉强度时,应优先选用方案一和二,在混凝土的温度收缩应力略大于混凝土的抗拉强度时,可选用方案四和五,方案三受外界环境因素和施工因素大,随机性强,仅作为防止裂缝的辅助措施。 2.2针对裂缝控制措施进行裂缝控制演算 计算方法同前,如果混凝土的温度收缩应力小于混凝土的抗拉强度,说明防裂措施得当;如果混凝土的温度收缩应力大于混凝土的抗拉强度,则需要进一步采取防裂措施,直到混凝土的温度收缩应力小于混凝土的抗拉强度。

3市政建设混凝土技术发展趋势

3.1混凝土材料与结构耐久性一体化设计及等效加速评价方法

在耐久性设计规范方面，当前我国规范主要是以规定性为主，明确了耐久性设计所涉及的方法，材料，工艺和步骤等因素及控制指标，例如胶凝材料用量，水胶比，抗压强度，含气量等的限值，通过上述耐久性控制指标确保耐久性设计得以实现。因此，设计与施工单位对耐久性设计多严格执行现有耐久性设计规范，针对特殊环境、超标环境及个性化要求的耐久性设计创新较少。此外，钢筋混凝土耐久性设计时，未将实际结构承受荷载作用条件下混凝土材料性能、结构构造参数与服役寿命挂钩，忽视了混凝土结构与材料的交互作用^[2]。因此，未来耐久性设计规范应进一步实现与新材料、寿命预测新模型、模型计算新方法等的对接，逐步建立基于材料与结构一体化的耐久性设计标准。

3.2多功能混凝土

透水混凝土因其多孔隙特征能够过滤净化、存蓄滞留雨水，是我国“海绵城市”建设过程的重要材料之一，目前已探明胶材用量、水胶比、增强剂、骨料粒径与压碎值等对透水混凝土粘聚性、工作性、透水性能及强度的影响，未来将聚焦在透水混凝土的可预拌化，以节约资源、能源、提升建设效率和施工质量。自修复混凝土在普通混凝土拌合时添加特定矿物掺合料、含有胶黏剂的微胶囊或微生物等组分，在混凝土开裂部位进行自感知、自修复，最终提高混凝土的安全性和耐久性，下一步工作将集中探讨微胶囊尺寸大小、掺量优化的理论依据以及微生物的适应性问题^[3]。自催化混凝土利用光催化反应，缓解城市气候环境污染带来的生存问题或改善高速公路及城市道路对自然环境的污染，未来将聚焦于提高光催化剂在水泥基材料中利用率、光催化效果与耐久性方面。

3.3混凝土材料再生循环利用

将废弃混凝土回收再利用制备新混凝土，可以减少天然集料的开采与消耗，解决大量废弃混凝土污染生态环境的难题^[4]。现有研究已聚焦再生混凝土的骨料特性与处理工艺、工作与力学性能、耐久性能，并在理论研究与初步应用方面取得了重要进展，已从理论研究向推广应用发展。

3.4机制砂高性能化学外加剂

近年来，基于机械工艺生产的“机制砂”(指经除土处理，由机械破碎、筛分制成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒)用量逐步增加，其占砂石使用总量比例已超过50%。相比于天然砂，机制砂原料充足，城市建筑废料和矿山尾矿也可开发成机制砂原料，其应用已成为现代混凝土未来发展的主要趋势。然而，机制砂级配不良，粒形不规整，石粉含量波动较大(往往含量较高)，其中的黏土含量同样存在波动，导致混凝土粘度更大、流动性损失快，减水剂掺量高，在高流动性混凝土中易发生离析泌水，施工性较差。

结束语：

总之，大体积混凝土施工裂缝对隧道工程有重要影响，需要引起重视，通过先进技术的运用，有效控制裂缝，提高隧道工程的质量。

参考文献：

[1]鲍慧.大体积混凝土裂缝产生原因及控制措施[J].技术与市场,2019,26(02):137+139.

[2]陶建强,李化建,黄佳木,黄法礼,易忠来,谢永江.铁路工程大体积混凝土的水化热及裂缝控制[J].铁道建筑,2018,58(01):146-149.

[3]陈桂林,姜玮,刘文超,曹万林.大体积混凝土施工温度裂缝控制研究及进展[J].自然灾害学报,2016,25(03):159-165.

[4]张颖.建筑工程大体积混凝土施工裂缝产生的原因及控制措施[J].黑龙江科技信息,2016(13):199.