淺談40m部分預(yù)應(yīng)力薄壁箱梁混凝土裂縫控制技術(shù)

◆王 兵 邵恩賢 鄧小軍

(山東省交通工程監(jiān)理咨詢公司;山東省交通工程監(jiān)理咨詢公司;山東交通職業(yè)學(xué)院)

一、概述

濱州黃河公鐵兩用特大橋40m箱梁使用的是C60混凝土，它需要摻加除水泥外其它一些膠凝材料(如粉煤灰等);需要使用性能更優(yōu)的外加劑，以及低水膠比。也正是由于這些要求使混凝土薄壁箱梁在施工中更容易產(chǎn)生裂縫。這些裂縫的產(chǎn)生無疑是對(duì)箱梁混凝土的耐久性和橋梁使用壽命的一個(gè)極為不利的因素。為此，我們針對(duì)濱州黃河公鐵大橋40m部分預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的施工，一開始就對(duì)裂縫問題給予高度的重視，在許多方面做出了一些研究和探討及有益的嘗試，取得了較好的效果。

二、裂縫成因分析

1.濱州黃河公鐵兩用大橋40m箱梁使用的是C60混凝土，橋梁全長(zhǎng)40.6m，混凝土方量為102.7m3，理論重量270 噸。

2.裂縫產(chǎn)生原因

(1)施工過程導(dǎo)致裂縫的原因:

由于周圍環(huán)境的相互作用，以及水及膠凝材料本身的反應(yīng)會(huì)使混凝土自身產(chǎn)生體積變化，體積變化受到內(nèi)部或外部的約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，如果拉應(yīng)力大于混凝土當(dāng)時(shí)的抗拉能力，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。一般有如下幾種現(xiàn)象:①塑性沉降;②塑性收縮;③自身收縮;④熱應(yīng)力裂縫;

(2)裂縫產(chǎn)生的形態(tài)與時(shí)間

首先分析裂縫是何時(shí)出現(xiàn)的。一般幾小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生的裂縫叫塑性收縮，此時(shí)混凝土還沒有初凝，其走向一般環(huán)繞骨料，出現(xiàn)時(shí)一般密度較大，不貫穿;在幾天內(nèi)產(chǎn)生的裂縫，一般是由于溫度引起的體積變化，叫熱應(yīng)力裂縫，在預(yù)應(yīng)力張拉后一般會(huì)閉合;若是在幾周內(nèi)產(chǎn)生的裂縫，則是收縮引起的，或外部干燥引起的，叫干縮裂縫，在水平面上其方向是隨意的，在斜面上趨于與斜面垂直。

三、裂縫控制措施

(一)優(yōu)化混凝土配合比

1.配合比設(shè)計(jì)階段:盡量避免早強(qiáng)、超強(qiáng)。試配階段應(yīng)進(jìn)行抗裂性能的對(duì)比試驗(yàn)，并從中優(yōu)選性能良好的混凝土原材料和配比，還要混凝土彈模、不同齡期自由收縮和徐變?cè)囼?yàn)。

改善混凝土配合比應(yīng)遵循的一般原則如下:

(1)選用質(zhì)量穩(wěn)定，并有利于改善混凝土抗裂性能的水泥和集料等原材料，在混凝土中摻入礦物摻和料，并摻量合適。還要時(shí)刻了解原材料的變化，特別是粉煤灰、外加劑等的變化情況。經(jīng)過對(duì)多個(gè)廠家的水泥進(jìn)行比較，并對(duì)礦粉與粉煤灰進(jìn)行單摻、雙摻等分別進(jìn)行試驗(yàn)，最終確定了采用魯宏牌52.5普通硅酸鹽水泥、滕州電廠I級(jí)粉煤灰作為膠凝材料。

(2)控制膠凝材料的總用量，并設(shè)法將溫度高峰值朝后推，即推遲溫度峰值產(chǎn)生的時(shí)間。

(3)適當(dāng)降低混凝土的水膠比。但水膠比過小，則其抵御溫差的能力非常低，極易出現(xiàn)混凝土的早期開裂。所以不提倡一味的降低水膠比。

2.拌制混凝土?xí)r，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行配合比

(1)拌制時(shí)，原材料及各種礦物摻和料、外加劑的計(jì)量要非常準(zhǔn)確，特別是原材料(砂、石)的含水率的變化。摻合料的充分分散是關(guān)系到混凝土的性能的關(guān)鍵。同時(shí)，拌合時(shí)間也要稍長(zhǎng)一些，因?yàn)镃60混凝土比較脆弱，波動(dòng)性較大。

(2)由于礦粉的細(xì)度比粉煤灰更大，因此，選用I級(jí)粉煤灰作為摻和料。但粉煤灰的比表面積也比水泥大若干倍，致使C60混凝土水化時(shí)釋放的熱量多;同時(shí)其溫度控制要求高，體內(nèi)溫升峰值控制困難，特別是箱梁這種大體積、薄壁混凝土結(jié)構(gòu)水化熱升高使溫差加大，更容易產(chǎn)生裂縫。特別是夏天，要對(duì)砂石料遮陽、降溫，水泥要提前進(jìn)貨、預(yù)留散熱時(shí)間或采用冰水拌和等其他降溫措施。

(3)施工時(shí)保證新澆混凝土能及時(shí)并有連續(xù)較長(zhǎng)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

(4)嚴(yán)格控制一些關(guān)鍵溫度:①控制混凝土的入模溫度，不宜超過28℃，不應(yīng)大于30℃;②混凝土的表面接觸物與混凝土的表面溫差不大于15℃;③混凝土的初始溫度和出機(jī)溫度宜控制在5℃ ～28之間。

(二)控制裂縫產(chǎn)生的另一個(gè)措施是良好的養(yǎng)護(hù)

1.養(yǎng)護(hù)材料:宜選擇粗麻布織物或土工布，濱州黃河公鐵大橋40m箱梁預(yù)制采用的是比較好的土工布與塑料薄膜相結(jié)合的措施。

2.養(yǎng)護(hù)開始時(shí)間:應(yīng)在澆注完畢后立即進(jìn)行覆蓋保溫。對(duì)于所有暴露的沒有模板覆蓋的表面包括箱內(nèi)底板頂面，在不影響混凝土表面質(zhì)地的情況下應(yīng)盡早安放養(yǎng)護(hù)物。箱梁頂板，在澆注完收漿抹平之后，應(yīng)開始覆蓋塑料薄膜及養(yǎng)護(hù)毯，并有足夠的重疊，以形成有效的防燥密封，然后立即澆濕(冬天除外)，并在整個(gè)養(yǎng)護(hù)期內(nèi)保持濕潤(rùn)狀態(tài)。灑水養(yǎng)護(hù)采用噴霧器，濕養(yǎng)護(hù)應(yīng)不間斷，不得形成干濕循環(huán)，掌握適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔，在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)保持表面潮濕，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)到預(yù)應(yīng)力張拉為止。

3.拆模后的養(yǎng)護(hù)以澆水養(yǎng)護(hù)為主，當(dāng)側(cè)模拆除后均應(yīng)不間斷的澆水養(yǎng)護(hù)。

4.保溫養(yǎng)護(hù)。在混凝土水化熱出現(xiàn)之前，即應(yīng)采用蓬布等材料將梁體整個(gè)包裹嚴(yán)密，充分利用混凝土水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，利用大型風(fēng)扇將箱體內(nèi)的熱空氣抽排至箱體外的封閉空間，以達(dá)到降低內(nèi)外溫差的效果。

5.蒸養(yǎng)。蒸汽養(yǎng)生是冬天控制梁體溫升的一個(gè)好方法，但它必須嚴(yán)格，無論升溫、還是降溫。還應(yīng)特別注意升溫的最高幅度，最高值及間隔時(shí)間。由于40m箱梁體積大，很難達(dá)到上述要求，因此本工程未采取蒸養(yǎng)，而是采用在密封的蓬布養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)生若干火爐保溫。

(三)二次張拉的措施

為防止箱梁混凝土早期出現(xiàn)裂縫，我們?cè)跒I州黃河公鐵大橋40m箱梁預(yù)制時(shí)作了一些有益的嘗試，即對(duì)箱梁進(jìn)行二次張拉，即初張拉和終張拉。它的原理是混凝土早期溫度增長(zhǎng)過程中，水化熱變化大，混凝土抗拉強(qiáng)度非常低，極易產(chǎn)生裂縫，此時(shí)我們采取初張拉，給其施加一定的壓應(yīng)力，以補(bǔ)償早期混凝土彈模及強(qiáng)度的不足，這樣可以有效的控制混凝土早期裂縫的出現(xiàn)。

初張拉越早越有利，但考慮到混凝土早期強(qiáng)度和彈性模量的不足，錨下應(yīng)力過大容易造成錨下局部開裂。根據(jù)對(duì)箱梁的溫度監(jiān)測(cè)，混凝土在澆注12h到48h時(shí)升到溫度最高值62℃，之后溫度開始下降，七天后接近環(huán)境溫度(20℃)。根據(jù)試驗(yàn)室對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度增長(zhǎng)情況統(tǒng)計(jì)，還有設(shè)計(jì)院對(duì)梁體本身及錨下應(yīng)力推算，我們控制初張拉時(shí)混凝土的強(qiáng)度不小于40MPa，彈模不小于20GPa，張拉控制力按箱箱梁腹板設(shè)計(jì)張拉力的30%控制。另外，由于內(nèi)模和變截面段混凝土收縮產(chǎn)生約束作用，為了保證初張拉的有效進(jìn)行，必須在內(nèi)?？焖俨鸪蠓娇蛇M(jìn)行。

四、結(jié)束語

高標(biāo)號(hào)混凝土的薄壁箱梁施工裂縫是極易發(fā)生的，但采取合理的配合比，恰當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)方法后，也是可以避免的。濱州黃河公鐵大橋40m部分預(yù)應(yīng)力薄壁箱梁裂縫控制方法，取得了較好效果，值得在今后類似橋梁施工中予以推廣，對(duì)其他類型橋梁也有借鑒意義。