高旭東

淄博市交通運(yùn)輸事業(yè)服務(wù)中心

1 前言

南崔路分離立交橋中心樁號(hào)為K198+819，0 號(hào)橋臺(tái)為U 型橋臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)，7號(hào)橋臺(tái)為柱式臺(tái)、樁基礎(chǔ)。0號(hào)橋臺(tái)長為10m，底寬為3.7m，頂寬為2.1m，高為4.8m,采用C30 混凝土，共223.5m3。施工日期為2019年11月29 日，施工時(shí)，正處于冬季，澆筑橋臺(tái)所采用的大體積混凝土入模溫度介于15℃～20℃之間。

2 大體積混凝土冬季施工產(chǎn)生溫度裂縫的原因分析

大體積混凝土屬于熱的不良導(dǎo)體，在混凝土凝結(jié)過程中，釋放出大量的熱量，在此期間將會(huì)產(chǎn)生水化熱的化學(xué)反應(yīng)，如果以水泥用量300kg/m3～550kg/m3來計(jì)算，每1m3混凝土能夠釋放出15500KJ～27500KJ的熱量，熱量的釋放時(shí)間一般在3天左右。對于大體積混凝土來說，積蓄在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水化熱散發(fā)速度較慢，此時(shí)，內(nèi)部溫度不斷上升，而混凝土表面溫度急劇降低，導(dǎo)致內(nèi)外部溫差值逐步增大，尤其對于南崔路分離立交橋重力式橋臺(tái)工程來說，施工時(shí)，正處于冬季，晝夜溫度差異較大，內(nèi)部混凝土在熱脹作用下產(chǎn)生壓力，外部混凝在冷縮變形中產(chǎn)生拉力，混凝土在雙向作用力下，自身的抗拉強(qiáng)度急速下降，當(dāng)內(nèi)部拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時(shí)，大體積混凝土就會(huì)產(chǎn)生大量裂縫，通常情況下，溫度裂縫的產(chǎn)生時(shí)間在澆筑混凝土后的3～5天之內(nèi)，裂縫初期，縫隙較小，隨著時(shí)間的推移，裂縫的深度與面積不斷擴(kuò)大，嚴(yán)重的還會(huì)貫穿于整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)[1]。

如果按裂縫深度予以劃分，大體積混凝土的溫度裂縫可以分為貫穿裂縫、深層裂縫以及表面裂縫。貫穿裂縫切斷了混凝土結(jié)構(gòu)斷面，使混凝土結(jié)構(gòu)失去整體性，如果不及時(shí)處理，將會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的安全事故。深層裂縫是部分切斷混凝土結(jié)構(gòu)斷面，如果整治措施不到位，將快速發(fā)展成為貫穿裂縫。而表面裂縫的危害性雖說很小，但是，隨著混凝土水化熱現(xiàn)象的不斷加劇表面裂縫也會(huì)逐漸演變成為危害性較大的深層裂縫或者貫穿裂縫。

3 冬季施工大體積混凝土防止裂縫的有效措施

針對冬季施工的南崔路分離立交橋重力式橋臺(tái)，在施工前，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化混凝土配合比，以減少水化熱釋放出的熱量值。此外，采取安裝防裂網(wǎng)、增加片石、加裝冷卻管以及在混凝土表面設(shè)置保溫層的方法防止溫度裂縫的產(chǎn)生。

3.1 優(yōu)化配合比

大體積混凝土的配合比設(shè)計(jì)與混凝土水化熱的產(chǎn)生有著直接關(guān)聯(lián)，因此，設(shè)計(jì)配合比時(shí)，在遵循混凝土拌和物的和易性滿足施工需要、混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求、混凝土具有良好耐久性原則的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)將減少水化熱作為一項(xiàng)重要指標(biāo)。此外，根據(jù)該工程施工組織方案的要求以及結(jié)合冬季施工的特點(diǎn)，在選用水泥原料時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇水化熱較低的水泥，粗細(xì)骨料的含泥量應(yīng)控制在1%～1.5%以下，同時(shí)，粉煤灰中的含硫量與含堿量不宜過高。

當(dāng)確定選料原則后，在設(shè)計(jì)南崔路分離立交橋重力式橋臺(tái)混凝土的配合比時(shí)，技術(shù)人員首先對C30 臺(tái)身配合比采用摻入粉煤灰的措施，具體配合比為：水泥：粉煤灰：砂：碎石：水：外加劑=376:42：856：937：180：5.016。水泥采用P.O42.5水泥，碎石配合比例為16mm～31.5mm碎石：10mm～20mm碎石：5mm～10mm碎石=20：70：10，砂采用河沙，細(xì)度模數(shù)2.6，外加劑采用聚羧酸減水劑，粉煤灰采用二級粉煤灰。

3.2 加裝防裂網(wǎng)與片石

在施工過程中，在橋臺(tái)的臺(tái)身及側(cè)墻表面加裝C10 防裂鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)的縱橫向間距為10cm，保護(hù)層厚度2.5cm。通過這一舉措能夠?qū)炷两Y(jié)構(gòu)起到緊固作用，將混凝土裂縫的發(fā)生概率降到最低值。此外，在澆筑橋臺(tái)混凝土?xí)r，每澆筑60cm 的混凝土，在混凝土澆筑結(jié)構(gòu)中擺放一層片石，片石距離模板的距離為15cm，間距為15cm～20cm。

3.3 設(shè)置冷卻管

大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因是由于內(nèi)外部溫度差值較大，為了平衡內(nèi)外溫度差，防止水化熱的產(chǎn)生，南崔路分離立交橋重力式橋臺(tái)在澆筑混凝土施工時(shí)，可以采用設(shè)置冷卻管方式，即選擇強(qiáng)度高，熱傳導(dǎo)性能好的鐵管，公稱直徑為42.3mm，并設(shè)置兩層，分別安裝在橋臺(tái)底部以上1m 的位置與底部以上2.5m的位置，其中，環(huán)形冷卻管距離橋臺(tái)前墻的距離分別為1m 和2.2m，距離側(cè)墻的距離分別為0.8m 以及1.6m。當(dāng)冷卻管自澆筑混凝土?xí)r即通入冷水，通水時(shí)間為7天，在澆水過程中，進(jìn)出水口的水溫差不得大于10℃，而水溫與混凝土內(nèi)部的溫差值不得大于20℃。通過這種方法，縮小了大體積混凝土的內(nèi)外溫差值，內(nèi)部熱量釋放得到有效控制，這就降低了發(fā)生水化熱的概率，對溫度裂縫的產(chǎn)生起到抑制作用[2]。

3.4 設(shè)置保溫層

當(dāng)混凝土澆筑完畢后，隨即進(jìn)入養(yǎng)生階段，在這道工序中，工程技術(shù)人員可以在鋼模板的外側(cè)采用苯板對模板內(nèi)部的混凝土進(jìn)行密封保溫，整個(gè)橋臺(tái)采用彩條布予以密封，彩條布內(nèi)安裝蒸汽發(fā)生器，采取蒸汽養(yǎng)生保溫的方法，使大體積混凝土內(nèi)外溫度差縮小，這樣，發(fā)生溫度裂縫的概率也大幅下降。

4 大體積混凝土裂縫的修補(bǔ)措施

4.1 表面修補(bǔ)法

當(dāng)大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫后，首先可以采取表面修補(bǔ)的方法，利用增加混凝土整體面層，壓抹環(huán)氧膠泥，環(huán)氧漿液黏玻璃絲布對混凝土的表面細(xì)小裂縫進(jìn)行涂覆處理，通常情況下，這種方法只適用于小于等于0.2mm的裂縫寬度。

4.2 局部修復(fù)法

根據(jù)溫度裂縫的深度，局部修復(fù)法包括充填法、預(yù)應(yīng)力法以及重新澆筑混凝土等方法。充填法主要是利用鋼釬、風(fēng)鎬以及高速旋轉(zhuǎn)的切割圓盤將混凝土表面裂縫擴(kuò)大，使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)梯形槽或者V 形槽，此時(shí)，可以采用分層壓抹環(huán)氧砂漿、水泥砂漿、聚氯乙烯膠泥或者瀝青油膏的方法修復(fù)裂縫。預(yù)應(yīng)力法是利用鉆機(jī)在混凝土構(gòu)件上鉆孔，在進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免與混凝土的內(nèi)部鋼筋發(fā)生觸碰，防止鋼筋斷裂，而降低混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，當(dāng)鉆孔穿入螺栓后，施加預(yù)應(yīng)力擰緊螺帽，這樣能夠縮小裂縫的寬度，或者使裂縫閉合。重新澆筑混凝土主要針對深度裂縫而采取的一種修補(bǔ)方法，施工時(shí)，將裂縫周邊的混凝土鑿除，充分濕潤后，澆筑強(qiáng)度等級較高的混凝土，再對澆筑后的混凝土進(jìn)行養(yǎng)生，以滿足混凝土的強(qiáng)度要求。

4.3 灌漿法

這種修補(bǔ)方法主要是利用水泥或者化學(xué)漿液，將其灌入混凝土的裂縫當(dāng)中，使?jié){液在混凝土的縫隙當(dāng)中擴(kuò)散、固化，固化后的漿液具有較高的黏結(jié)強(qiáng)度，能夠與原有混凝土黏結(jié)在一起，而形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。一般采用的化學(xué)漿液包括環(huán)氧樹脂漿液、甲凝漿液、水玻璃、丙烯酞胺、丙烯酸鹽等，當(dāng)這些不溶物填充到混凝土縫隙當(dāng)中，其不透水性使混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增大，能夠收到良好的修補(bǔ)效果[3]。

4.4 填充密封法

這種方法主要是沿著混凝土構(gòu)件表面的裂縫走向，開鑿出V形或者U形溝槽，然后利用改性的環(huán)氧樹脂或者彈性填縫材料對裂縫進(jìn)行填充，而封閉裂縫表面通常采用纖維復(fù)合材料，這種修補(bǔ)方法適用于處理大于0.5mm寬度的混凝土裂縫。

5 施工后觀測

當(dāng)橋臺(tái)大體積混凝土澆筑過程中，在混凝土的中心埋入三個(gè)溫度傳感器，傳感器距橋臺(tái)前墻的距離為1m，埋置深度距離橋臺(tái)的頂部為1m，分布位置分別為兩側(cè)各埋置一個(gè)，中心位置埋置一個(gè)，其中兩側(cè)埋置的傳感器距離橋臺(tái)側(cè)面的距離為1m。當(dāng)埋置工作結(jié)束后，工程技術(shù)人員借助于傳感器測定的混凝土內(nèi)部溫度值，對溫度變化情況進(jìn)行觀察，并隨時(shí)做好記錄。澆筑后的7 天內(nèi)，大氣溫度為-4℃～10℃之間，蒸汽養(yǎng)生溫度控制在20±3℃，混凝土內(nèi)部溫度從澆筑后逐步升高，第三天內(nèi)部溫度達(dá)到峰值41.4℃，然后逐步下降，第七天內(nèi)部溫度為15℃左右。在混凝土經(jīng)過7天的養(yǎng)生時(shí)間后，于第8天中午開始拆模，拆模后，通過觀察橋臺(tái)的混凝土結(jié)構(gòu)，并未發(fā)現(xiàn)裂縫?；炷翜囟缺O(jiān)測數(shù)值、混凝土強(qiáng)度值如圖1所示。

圖1 混凝土溫度監(jiān)測數(shù)值、混凝土強(qiáng)度值

6 結(jié)束語

在南崔路分離立交橋重力式橋臺(tái)的大體積混凝土施工過程中，通過采取優(yōu)化配合比、加裝防裂網(wǎng)與片石、設(shè)置冷卻管以及設(shè)置保溫層的措施，橋臺(tái)的混凝土結(jié)構(gòu)并未出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，由此可以看出，這些措施在冬季施工大體積混凝土溫度裂縫的控制方面效果顯著，它不僅為冬季大體積混凝土施工提供了可靠的技術(shù)保障，同時(shí)，對提高冬季施工的混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。