李 波

(中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，陜西西安 710025)

0 引言

隨著我國(guó)工程建設(shè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，橋梁工程向著大跨度的方向不斷地發(fā)展，箱梁的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。混凝土箱梁具有跨徑大、結(jié)構(gòu)輕盈、承載能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)合理及施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，混凝土箱梁也會(huì)有結(jié)構(gòu)的弊端，尤為突出的是裂縫問(wèn)題。箱梁裂縫的出現(xiàn)不僅破壞了橋梁的美觀，而且嚴(yán)重影響箱梁混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，最終危及結(jié)構(gòu)的使用安全。因此，分析混凝土箱梁裂縫的產(chǎn)生原因，需找合理有效的裂縫控制措施，從而保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量安全。

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁在現(xiàn)代鐵路、城際軌道交通建設(shè)中得到廣泛使用。本文就蘭新客專預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行原因分析和試驗(yàn)，探討并提出了相應(yīng)的防治措施，總結(jié)出施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的養(yǎng)護(hù)方法，為今后施工提供技術(shù)參考。

1 預(yù)制箱梁裂縫產(chǎn)生的類型

蘭新客專所設(shè)計(jì)雙線整孔預(yù)制箱梁具有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求高(強(qiáng)度、抗?jié)B、耐久性等要求高)、自重重、體積大、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、工序時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。雙線整孔預(yù)制箱梁的這些特點(diǎn)，要求在箱梁預(yù)制及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中避免產(chǎn)生裂縫。本文作者對(duì)梁場(chǎng)的預(yù)制箱梁前期施工生產(chǎn)出現(xiàn)裂縫的梁進(jìn)行了裂紋抽檢試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果得到預(yù)制箱梁裂縫主要為干縮裂縫、溫度裂縫及塑性收縮裂縫。

1.1 干縮裂縫

干縮裂縫產(chǎn)生的機(jī)理很復(fù)雜，其主要成因是混凝土中水泥水化時(shí)在混凝土表面生成大量微細(xì)空隙，當(dāng)其受環(huán)境溫度和濕度的影響，混凝土表面水蒸發(fā)變化引起混凝土體積收縮，而混凝土內(nèi)部水蒸發(fā)變化較小，體積收縮變形較小，導(dǎo)致混凝土表面和內(nèi)部因干縮變形產(chǎn)生應(yīng)力差而出現(xiàn)裂縫。干縮裂縫產(chǎn)生在箱梁混凝土澆筑完畢時(shí)或箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間，其形狀為平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度一般在0.1 mm～0.15 mm之間。箱梁混凝土出現(xiàn)干縮裂縫會(huì)影響其抗?jié)B性能，在環(huán)境因素的作用下，箱梁鋼筋會(huì)產(chǎn)生銹蝕，既而影響箱梁的耐久性。

1.2 溫度裂縫

箱梁混凝土在強(qiáng)度上升的過(guò)程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱在結(jié)構(gòu)較厚的部位聚積，造成混凝土表面散熱較快，而混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度和表面溫度溫差很大，從而在混凝土表面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。當(dāng)表面拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫多發(fā)生在箱梁養(yǎng)護(hù)及拆模過(guò)程中。這種裂縫一般在預(yù)制箱梁的頂板的端部、腹板倒角、混凝土大截面變化較大的交接部位出現(xiàn)較長(zhǎng)溫度裂紋。

1.3 塑性收縮裂縫

預(yù)制箱梁梁體混凝土設(shè)計(jì)為高性能混凝土，它具有早期強(qiáng)度低、在混凝土終凝前，混凝土表面抗拉強(qiáng)度很小的特點(diǎn)，而混凝土中水泥水化產(chǎn)生大量的熱量導(dǎo)致混凝土表面水分急劇蒸發(fā)，當(dāng)表面混凝土水分的蒸發(fā)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)部混凝土中水分遷移補(bǔ)充速度，就會(huì)造成混凝土體積急劇收縮，而此時(shí)混凝土抗拉強(qiáng)度很小，無(wú)法抵抗其本身收縮，就會(huì)產(chǎn)生塑性收縮裂縫。混凝土的強(qiáng)度、耐久性以及混凝土的整個(gè)性能都會(huì)因塑性收縮裂縫的存在受到影響。環(huán)境相對(duì)濕度、風(fēng)速、混凝土水化熱是混凝土塑性收縮裂縫的主要成因;有試驗(yàn)表明，當(dāng)混凝土的溫度達(dá)到40℃，它要求環(huán)境的相對(duì)濕度要達(dá)到90%，否則就可能出現(xiàn)塑性收縮裂縫。

2 預(yù)制箱梁裂縫控制及預(yù)防

預(yù)制箱梁混凝土出現(xiàn)干縮裂縫由于梁體混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)而造成，溫度裂縫是混凝土內(nèi)部和表面的溫度差造成?？刂祁A(yù)制箱梁混凝土的裂縫，就是控制預(yù)制箱梁混凝土的溫度、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度，就能有效的控制及預(yù)防箱梁預(yù)制及養(yǎng)護(hù)過(guò)程裂縫的產(chǎn)生。具體措施如下。

2.1 優(yōu)化混凝土配合比

1)混凝土內(nèi)摻入聚羧酸高效減水劑、一級(jí)粉煤灰和礦粉來(lái)降低水化熱，增加混凝土施工性能，延緩混凝土水化熱高峰值的出現(xiàn)時(shí)間。

2)選用低水化熱的水泥(本梁場(chǎng)選用的是祁連山和葛洲壩水泥廠的42.5級(jí)低堿普通硅酸鹽水泥);嚴(yán)格控制混凝土攪拌站材料計(jì)量(原材料累計(jì)計(jì)量允許偏差控制在±1%)，既而有效控制混凝土水灰比。

2.2 嚴(yán)格控制原材料儲(chǔ)存、混凝土攪拌和澆筑流程

在西北地區(qū)風(fēng)沙大、早晚和中午溫差大，為了保證砂子和石料的儲(chǔ)存質(zhì)量，砂、石料采用全封閉的料倉(cāng)存儲(chǔ)(為滿足冬季施工要求，料倉(cāng)內(nèi)安裝蒸汽供暖設(shè)施)，混凝土攪拌站采用彩鋼保溫材料全封閉包裝;嚴(yán)格按照箱梁生產(chǎn)工藝細(xì)則中混凝土澆筑施工的要求進(jìn)行施工，從一端向另一端、水平分層、斜向分段、兩側(cè)腹板對(duì)稱、連續(xù)澆筑，每層混凝土的澆筑高度不超過(guò)30 cm。同一斷面混凝土灌注順序?yàn)橄雀拱甯亢蟮装?，再腹板上部，最后頂板?2 m箱梁澆筑混凝土的時(shí)間控制在6 h以內(nèi)。

嚴(yán)格控制高頻振搗器振搗混凝土的時(shí)間、振搗棒插搗混凝土的時(shí)間，防止混凝土過(guò)振和漏振，保證預(yù)制箱梁混凝土結(jié)構(gòu)澆筑密實(shí);梁體混凝土澆筑完后、混凝土初凝之前，對(duì)箱梁內(nèi)腔底面和箱梁橋面進(jìn)行二次、三次抹壓，隨抹壓隨覆蓋薄膜及土工布，使混凝土在終凝前保持表面濕潤(rùn);在高溫和大風(fēng)天氣要做好遮陽(yáng)和擋風(fēng)措施，在澆筑完畢后及時(shí)覆蓋蒸養(yǎng)棚并開始蒸汽養(yǎng)護(hù)。

2.3 選擇合適的時(shí)間段澆筑混凝土、控制混凝土入模溫度和拆模時(shí)間

在西北酒泉地區(qū)，利用其自然優(yōu)勢(shì)，中午氣溫高、早晚氣溫低。夏天澆筑梁體混凝土選擇在傍晚至凌晨時(shí)間段施工、春秋季節(jié)澆筑混凝土選擇在上午至傍晚時(shí)間段施工，保證混凝土的入模溫度在30℃以內(nèi)、模板溫度在35℃以內(nèi)。對(duì)水泥、砂、石的儲(chǔ)料倉(cāng)、料堆進(jìn)行遮陽(yáng)處理，在攪拌混凝土的用水中加入碎冰來(lái)達(dá)到降溫效果。冬季施工時(shí)，混凝土入模溫度應(yīng)控制在10℃以上、模板溫度在5℃以上，采用對(duì)拌合水、原材料加熱、模板加熱等措施來(lái)提高混凝土的入模溫度和模板溫度。

選擇在一天中氣溫高的時(shí)候拆模，避免環(huán)境溫度和混凝土表面溫度、混凝土表面溫度和芯部溫度、箱梁內(nèi)腔溫度和環(huán)境溫度兩兩之間的相對(duì)溫差過(guò)大(規(guī)范要求，兩兩相互之間溫差不大于15℃)而造成溫差裂紋。

3 箱梁混凝土的養(yǎng)護(hù)技術(shù)

從各類裂縫產(chǎn)生的原因分析不難得出，預(yù)制箱梁的養(yǎng)護(hù)是非常必要和非常重要的一項(xiàng)工作，養(yǎng)護(hù)工作的好壞直接或間接影響到預(yù)制箱梁混凝土的強(qiáng)度、耐久性、抗?jié)B性等性能。預(yù)制箱梁養(yǎng)護(hù)方法主要有棚罩保濕、保溫養(yǎng)護(hù)法和涂刷混凝土養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)護(hù)法。

箱梁混凝土需要在早期就進(jìn)行保濕、保溫養(yǎng)護(hù)。大量的試驗(yàn)證明，預(yù)制箱梁混凝土澆筑完后，混凝土初凝之前，在其橋面及內(nèi)腔很快使用水進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，這種做法會(huì)導(dǎo)致混凝土表面灰漿將粉化或淺表層剝落，因此，不能直接在剛澆筑混凝土暴露的表面使用水養(yǎng)護(hù)。針對(duì)西北地區(qū)氣候干燥、混凝土表面水分易散發(fā)，晝夜溫差大，易導(dǎo)致混凝土早期失水過(guò)快產(chǎn)生收縮裂縫，本制梁場(chǎng)具體做法是混凝土澆筑結(jié)束且在混凝土初凝前對(duì)預(yù)制箱梁內(nèi)腔底面和蕎面進(jìn)行二次收面，而后立即攤鋪薄膜密封混凝土暴露面進(jìn)行保濕、并及時(shí)用蒸養(yǎng)棚覆蓋箱梁頂板和兩端部(制梁臺(tái)兩側(cè)采用10 cm厚保溫彩鋼材料形成固定保溫墻)進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。在冬季施工時(shí)，按照設(shè)計(jì)溫度梯度進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)。為加快制梁臺(tái)座和模板的周轉(zhuǎn)率，梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%時(shí)就轉(zhuǎn)移到存梁臺(tái)座上。

為了保證梁體混凝土的后期強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度和預(yù)防混凝土出現(xiàn)裂紋，梁體在存梁臺(tái)位上也必須進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不少于14 d。本工程對(duì)梁體外側(cè)面和梁底面采用棚罩法噴淋保濕養(yǎng)護(hù)、箱梁內(nèi)腔空間灌水罩端養(yǎng)護(hù)、梁體頂面采用土工布覆蓋灑水保濕養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抽檢試驗(yàn)分析和實(shí)踐，歸納出因環(huán)境溫度、相對(duì)濕度等原因?qū)е骂A(yù)制箱梁生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的各類裂縫，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)取得相應(yīng)的控制和防治措施，在后期預(yù)制箱梁的過(guò)程中出現(xiàn)混凝土裂縫現(xiàn)象明顯減少?？偨Y(jié)出在西北干旱施工環(huán)境條件下，不斷的改進(jìn)創(chuàng)新，改變養(yǎng)護(hù)施工工藝，制造出滿足相應(yīng)規(guī)范要求的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。

［1］鐵科技［2004］120號(hào)，客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件［S］.

［2］科技基［2005］101號(hào)，客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件［S］.

［3］孫長(zhǎng)利.預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁早期裂縫預(yù)防措施研究［J］.山西建筑，2013，39(16):166-168.

［4］黎均權(quán).預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂縫成因分析及控制措施［J］.建筑學(xué)研究前沿，2013(1):45.