渭河特大橋墩身混凝土防裂質(zhì)量控制技術(shù)

余 平（中鐵七局集團(tuán)第三工程公司，陜西 西安7100032）

1 墩身混凝土產(chǎn)生裂縫的成因分析

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，特別是墩身混凝土表面裂縫已成為施工中質(zhì)量控制的難點(diǎn)之一，在混凝土產(chǎn)生裂縫的眾多因素中，有混凝土硬化過程中自身的內(nèi)在因素，也有外界氣溫造成的因素，這兩種因素是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的主要原因。

1)水泥水化熱的產(chǎn)生及釋放過程產(chǎn)生的裂縫

水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，體積大、標(biāo)號高、水泥用量多的混凝土產(chǎn)生的熱量就越大。相對混凝土墩身講，表面散熱較快，內(nèi)部熱量要向外擴(kuò)散，散熱性能相對要差一些，混凝土結(jié)構(gòu)表面與內(nèi)部形成的這種溫度梯度，會導(dǎo)致溫度應(yīng)力的產(chǎn)生，當(dāng)混凝土表面拉應(yīng)力超過混凝土同期極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會產(chǎn)生裂縫。

2) 混凝土凝結(jié)過程的收縮引起裂縫

混凝土中約20%的水分是水泥硬化所必須的，而約80%的水分是施工和易性的需要，多余水分在混凝土硬化過程中要逐漸的蒸發(fā)掉，混凝土硬化過程也是體積收縮和成形的過程。

3) 水泥安定性

安定性裂縫表現(xiàn)為龜裂,主要是因水泥安定性不合格而引起。水泥安定性與水泥存放時(shí)間有關(guān)，對每一批進(jìn)場水泥出場合格證進(jìn)行審查，在施工之前對每一批水泥安定性進(jìn)行試驗(yàn)，是可以避免這類裂縫產(chǎn)生的。

4) 混凝土養(yǎng)護(hù)過程中外界氣溫變化引起裂縫

混凝土在施工階段，它的入模溫度隨著外界氣溫變化而變化。在高溫條件下，混凝土內(nèi)外溫差相對要小些，但混凝土表面凝結(jié)快，內(nèi)部熱量向外散發(fā)時(shí)若不及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)極易產(chǎn)生表面開裂。當(dāng)氣溫驟降或晝夜溫差較大，容易使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。

5) 其他原因

模板變形、基礎(chǔ)不均勻沉降、外部荷載作用、地基承載力不足等外部特殊原因。

2 混凝土溫差應(yīng)力、收縮變形值、彈性模量分析

根據(jù)施工擬采用配合比先計(jì)算混凝土的水泥水化熱絕熱升溫值、各齡期收縮變形值、收縮當(dāng)量溫差和彈性模量,然后通過計(jì)算,估算出可能產(chǎn)生的最大溫度收縮應(yīng)力,結(jié)合施工季節(jié)判定溫差應(yīng)力、收縮應(yīng)力是否超過同期混凝土表面拉引應(yīng)力，依此提出調(diào)整混凝土的澆筑溫度、減小水化熱溫升值、降低內(nèi)外溫差的技術(shù)措施。

通過理論計(jì)算可以得出，水泥水化熱是墩身混凝土產(chǎn)生裂縫的根本原因，因?yàn)闇夭畹拇蟛糠譁囟仁怯伤嗨療岬脕淼模稍斐筛哌_(dá)39℃左右的高溫），收縮變形產(chǎn)生的應(yīng)力影響是次要的（換算成溫度,最大僅為4℃）。因此，如何控制水泥水化熱是解決混凝土裂縫的關(guān)鍵問題。

3 渭河特大橋墩身混凝土施工裂縫預(yù)防措施

為了防止墩身混凝土表面裂縫的產(chǎn)生，根據(jù)裂縫產(chǎn)生的主要內(nèi)外因素分析，在渭河特大橋墩身混凝土施工中，從控制混凝土配合比設(shè)計(jì)、原材料質(zhì)量控制、混凝土攪拌、灌注及混凝土養(yǎng)護(hù)的溫度控制三個(gè)方面著手，采取對應(yīng)措施防止混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

3.1 施工前嚴(yán)格挑選原材料

在混凝土配合比的設(shè)計(jì)中，水泥品種的選用及單位體積混凝土中水泥用量的多少是產(chǎn)生水泥水化熱的主要成分，混凝土配合比水泥用量的設(shè)計(jì)前提是要保證混凝土的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，在此條件下選擇水化熱較低的水泥品種，同時(shí)采用“雙參”技術(shù)來保證混凝土強(qiáng)度，減少水泥用量，降低水化熱。

骨料在混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積的80%-83%，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、5-37.5mm連續(xù)級配含泥量<3%的粗骨料。

細(xì)骨料宜采用細(xì)度模數(shù)為2.8-3.3的中粗砂，含泥量<2.0%。采用中粗砂施工，在一個(gè)配合比中重量相同的細(xì)骨料，達(dá)到同等強(qiáng)度水泥用量，大粒徑細(xì)骨料需要水泥量比小粒徑細(xì)骨料的要少，有利于水化熱降低。

摻和料：若采用P.O32.5水泥可摻入一定數(shù)量的二級粉煤灰，這樣不僅能代替部分水泥，還可以改善集料的級配、流動性，增加混凝土的密實(shí)性。粉煤灰的摻入量一般取代水泥量的12%。在不影響強(qiáng)度的情況下，使用粉煤灰代替水泥來降低水化熱是最快捷的方法。

外加劑：選用緩凝性減水劑，可使混凝土在長時(shí)間內(nèi)保持塑性，延緩水化放熱速度，減少因集中放熱產(chǎn)生的溫度應(yīng)力造成混凝土的結(jié)構(gòu)裂縫。摻入HJ-8型緩凝減水劑1.1%，具有緩凝，提高坍落度與泵送性能的作用，最主要的原因是在水灰比不變的情況下，減少水泥用量和用水量。

3.2 混凝土配合比的設(shè)計(jì)

經(jīng)理部實(shí)驗(yàn)室對墩身混凝土配合比進(jìn)行了多次反復(fù)試配，確定其水灰比及外加劑摻量。在保證混凝土質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用“三低，二摻，一高”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，通過計(jì)算確定水灰比為0.44；在滿足施工工藝要求情況下采用90-120mm的坍落度。試驗(yàn)室針對兩種水泥進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)。

P.O32.5堯柏水泥摻加粉煤灰C30混凝土配合比為：

m外=1:0.16:1.96:4.18:0.5:0.014

P.F32.5堯峰水泥C30混凝土配合比為：

mc:ms:mg:mw:

m外=1:1.68:3.41:0.44:0.011

針對以上兩種配合比，現(xiàn)場制作了試驗(yàn)墩以檢測混凝土內(nèi)外部溫度，兩種配比內(nèi)外溫度檢測結(jié)果的比較，可以看出P.O32.5堯柏水泥粉煤灰C30混凝土較P.F32.5堯峰水泥C30混凝土同齡期下所釋放出的水化熱低。

3.3 施工中嚴(yán)格控制混凝土攪拌及灌注

1) 混凝土的灌注

11月的蘇州，正值秋風(fēng)送爽的季節(jié)，全球物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)導(dǎo)廠商研華公司在這里成功舉辦首屆研華物聯(lián)網(wǎng)共創(chuàng)峰會，會中有超過五千位來自全球的研華客戶、伙伴，共同見證研華發(fā)表最新物聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)WISE-PaaS 3.0，宣布34套與軟件、行業(yè)伙伴共創(chuàng)的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)解決方案SRP。此次盛會一舉協(xié)助各產(chǎn)業(yè)硬件與軟件整合、串聯(lián)并建構(gòu)完整工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系與價(jià)值鏈，攜手伙伴正式登陸物聯(lián)網(wǎng)下一階段。

加強(qiáng)混凝土的澆灌振搗，提高密實(shí)度，減少收縮。施工中采用分層澆注混凝土，混凝土搗固均采用插入式振動棒，搗固必須按其作用半徑逐點(diǎn)、分層搗固，每一處振動完畢后須邊振動邊徐徐提出振動棒，并注意不得碰撞模板、鋼筋及其予埋件。待每層混凝土搗固密實(shí)后，方可接灌下層混凝土直至達(dá)到設(shè)計(jì)位置。

2)溫度控制措施

(1)控制混凝土的入模溫度

由于渭河特大橋墩身施工期間，經(jīng)歷了天氣由冷變暖的過程，因此在灌注墩身混凝土過程中，控制水溫和原材料溫度，從而保證混凝土入模溫度在20℃左右。低溫時(shí)期采用施工用水加熱、骨料保溫覆蓋的方法提高入模溫度；高溫時(shí)期采用施工用水加冰、骨料灑水降溫的方法降低入模溫度，降低內(nèi)外溫差，減少混凝土表面開裂。

(2)布設(shè)冷卻水管，降低混凝土內(nèi)部溫度

在墩身內(nèi)放置循環(huán)冷卻水管，以加快墩身混凝土內(nèi)部熱量的散發(fā)，降低混凝土的內(nèi)外溫差，從而減小混凝土的溫度收縮應(yīng)力。

冷卻管安裝：在安裝完墩身模板后，按照安裝圖由墩身底貫穿至頂呈“之”字型布設(shè)冷卻水管，冷卻水管采用Φ20mm直鋼管，冷卻水管搭在橫向拉筋上并進(jìn)行連接，防止混凝土灌注時(shí)產(chǎn)生移動；順橋方向分兩層間隔200cm，兩層相互連接，只有一個(gè)入口，一個(gè)出口，均設(shè)置在墩頂；彎頭及出入口采用PVC管進(jìn)行連接，水泵采用一臺3BL-9型水泵，出入口至水泵使用蛇皮管進(jìn)行連接。在施工墩身下方放置一個(gè)鐵制水箱，作為冷卻管內(nèi)循環(huán)水源，將水泵放置其中。

圖1 冷卻管布置及安裝循環(huán)冷卻水管施工現(xiàn)場

冷卻管使用：冷卻管安裝完畢后在灌注前應(yīng)進(jìn)行循環(huán)密閉實(shí)驗(yàn)，保證整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)密閉無縫隙，才能使用。冷卻管在混凝土開始灌注時(shí)，打開循環(huán)水泵，使水箱內(nèi)循環(huán)水自水泵打入冷卻水管，由入口進(jìn)入自上而下，再循環(huán)至順橋方向另一層，自下而上，由出口再返回水箱，完成循環(huán)。邊灌注混凝土邊循環(huán)冷卻水，將灌注混凝土所產(chǎn)生的熱量及時(shí)帶走。當(dāng)灌注完畢后，冷卻循環(huán)系統(tǒng)仍然不能停止，在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)繼續(xù)循環(huán)冷卻，直至7天養(yǎng)護(hù)期結(jié)束，混凝土內(nèi)部溫度趨于緩和平穩(wěn)。循環(huán)冷卻結(jié)束后，應(yīng)采用1:1水泥漿灌注封堵冷卻管。等到6、7月份的時(shí)候，由于外界溫度增高使混凝土內(nèi)外溫差減小，冷卻管停止使用。

3)加強(qiáng)保溫、保濕養(yǎng)護(hù)

保溫養(yǎng)護(hù)法是在結(jié)構(gòu)物混凝土表面以及模板外側(cè)覆蓋保溫材料，以減少混凝土的內(nèi)外溫差值,降低混凝土的自身約束應(yīng)力,降低混凝土的降溫速度,利用混凝土的抗拉強(qiáng)度,以提高混凝土承受外約束應(yīng)力時(shí)的抗裂能力,達(dá)到防止和控制產(chǎn)生溫度裂縫的目的。

現(xiàn)場采用兩層塑料薄膜保溫和鋪二層彩條布的保溫養(yǎng)護(hù)措施，同時(shí)將養(yǎng)生的水分保持在塑料薄膜中，保證養(yǎng)生水分不宜蒸發(fā)。

3.3.4 實(shí)施效果

渭河特大橋墩身通過理論分析、溫度應(yīng)力的計(jì)算、施工配合比設(shè)計(jì)和優(yōu)化，施工中采用通過優(yōu)選原材料、配合比選定、降低入模溫度、設(shè)置冷卻管、混凝土表面保溫、保濕養(yǎng)生覆蓋等一系列措施，能夠達(dá)到降低混凝土水化熱的效果，即：降低了混凝土的內(nèi)外溫差，減小了混凝土的收縮應(yīng)力，從而有效控制了墩身混凝土在施工過程中裂縫的出現(xiàn)，保證工程質(zhì)量達(dá)到內(nèi)實(shí)外美的目的。渭河特大橋墩身混凝土工程施工質(zhì)量在業(yè)主、公司的多次檢查中，得到了充分的肯定。

[1]劉愛林.寧安鐵路安慶長江大橋主塔墩深水基礎(chǔ)施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(2):73-77.

[2]苗冰.?？谔卮髽蛏钏A(chǔ)施工技術(shù)[J].華東公路,2010(5):75-77.

[3]丁峰,白炳東,管義軍.蘇通大橋南主塔墩鉆孔平臺施工關(guān)鍵技術(shù)[J].橋梁建設(shè),2005(4)