劉新成

（中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，山東青島266000）

1 工程概況

孟中友誼八橋采用3×（3×33）m 預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁橋+（72+7×122+72）m 剛構(gòu)連續(xù)橋+2×（3×33）m 預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁橋，主橋4—6 號墩采用墩梁固接，下部橋墩采用薄壁墩，橋臺采用肋板臺，墩臺均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，均按摩擦樁設(shè)計(jì)。上部結(jié)構(gòu)采用直腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，箱梁為單箱單室斷面。箱梁采用掛籃懸臂平衡澆筑施工，梁段混凝土采用C55 且水泥用量不得大于500kg 泵送混凝土。

2 裂縫的概念

2.1 混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定裂縫實(shí)際情況

混凝土是由粗集料、細(xì)集料、水泥、水和氣體構(gòu)成的堆聚結(jié)構(gòu)。水泥水化產(chǎn)生大量水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度迅速升高，當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差較大時(shí)，會(huì)在混凝土表面形成裂縫?；炷猎谟不^程中，水泥漿產(chǎn)生的化學(xué)收縮與物理收縮由于受到骨料的約束作用，會(huì)在水泥石內(nèi)部及漿-骨界面上產(chǎn)生分布極不均勻的拉應(yīng)力。在應(yīng)力作用下，引起材料發(fā)生體積收縮形成裂縫。

2.2 裂縫的種類

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是由直接應(yīng)力和外加負(fù)荷所造成的結(jié)構(gòu)斷裂，包括混凝土結(jié)構(gòu)的收縮、膨脹、溫濕度改變造成的不平衡沉降及結(jié)構(gòu)的破裂，這種裂紋是混凝土結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行變形，當(dāng)變形受約束時(shí)形成了內(nèi)應(yīng)力，而內(nèi)應(yīng)力達(dá)到規(guī)定值時(shí)就會(huì)開裂。此裂縫長度大，內(nèi)應(yīng)力小，因此對混凝土的承載力影響較小，但對耐久性的破壞卻較大。根據(jù)我國研究資料發(fā)現(xiàn)，大約80%的混凝土構(gòu)件由于變形或變化而形成了裂紋，其中由于荷載產(chǎn)生的裂紋大約占20%[1]。

2.3 裂縫的寬度

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度參差不齊，有的寬有的窄。平均裂紋寬度代表裂紋長度為10%～15%的寬斷面范圍，平均裂紋寬度和裂紋長度為15%左右的較窄范圍，平均裂紋寬度的平均值為最大平均值和最小平均值[2]。無腐蝕介質(zhì)及抗?jié)B要求，內(nèi)部構(gòu)造正常，最大裂紋長度不應(yīng)超過0.3mm；在有輕度沖刷但無防水滲漏要求時(shí)，最大裂紋長度不應(yīng)超過0.2mm；如果有嚴(yán)格的沖刷和防水滲漏要求，則不應(yīng)大于0.1mm；若混凝土本身有防水要求，則不能大于0.1mm[3]。以上標(biāo)準(zhǔn)主要從耐久性方面來進(jìn)行綜合考慮，是工程設(shè)計(jì)和裂紋檢測工作的主要控制范圍。

3 溫度裂縫

3.1 產(chǎn)生的原因和特征

混凝土在硬化過程中，水泥水化會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，1g 水泥可以釋放出大約500J 的熱量。泵送混凝土水泥使用量較高，水化熱可使混凝土內(nèi)部的溫度增加至最高90℃，隨著混凝土內(nèi)部水化熱量的傳播與積聚，混凝土在澆筑后約2～3d，內(nèi)部溫度達(dá)到最大值，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差較大時(shí)，會(huì)造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。這類裂縫的一個(gè)最明顯的特點(diǎn)是，在澆筑混凝土后3～4d 會(huì)出現(xiàn)裂縫，初期裂縫非常細(xì)小，但隨著時(shí)間的推移不斷擴(kuò)大，超過允許值達(dá)到貫穿的情況，最后超出規(guī)定的范圍。

3.2 影響因素和防治措施

混凝土的溫度應(yīng)力主要與結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度相關(guān)，因此限制溫度應(yīng)力的最根本措施就是限制混凝土內(nèi)部溫度。泵送混凝土開裂的主要原因是大量的水泥水化熱積聚，使混凝土溫度前期上升，后期下降，造成內(nèi)外溫差。減小溫差的方法是選擇低水化熱水泥，或降低水泥用量。每方混凝土的水泥用量降低10kg，而水化熱使水泥的溫度也相應(yīng)減少1o。通過實(shí)驗(yàn)證明，在混凝土中添加優(yōu)質(zhì)粉煤灰對減少水化熱和溫度應(yīng)力十分有效。由于粉煤灰粒子成球狀，產(chǎn)生滾珠效應(yīng)，有一定潤滑效果，增加混凝土的流動(dòng)性、凝聚力和保水性的同時(shí)，對泵送性有一定改善。使用聚羧酸高效緩凝減水劑，可提高混凝土的流動(dòng)性、黏聚性和保水性，延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間，從而推遲了熱峰的產(chǎn)生，也降低了在混凝土澆筑中產(chǎn)生施工冷縫的可能性。孟中友誼八橋項(xiàng)目C55 泵送混凝土摻粉煤灰混凝土與普通水泥混凝土對比見表1。

表1 孟中友誼八橋項(xiàng)目C55 泵送混凝土摻粉煤灰混凝土與普通水泥混凝土對比

4 收縮裂縫

4.1 產(chǎn)生的原因和特征

混凝土初凝前，內(nèi)部水分不斷向表面遷移，混凝土在終凝前，水化反應(yīng)逐漸形成水泥膠體材料，使混凝土結(jié)構(gòu)在塑性階段體積收縮?；炷劣不^程中，由于混凝土吸附水層比較濕潤，在應(yīng)力作用之下，水泥膠凝材料的剪切和滑動(dòng)作用使得水泥石產(chǎn)生黏稠變形，而水泥石通過不斷吸附水分或者層間水的轉(zhuǎn)移，逐漸引起材料體積收縮。此時(shí)，由于混凝土骨架的彈性變形受到水泥膠凝體的約束，混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一種相對滯后的彈性變形。最后，如果應(yīng)力過大，混凝土內(nèi)部會(huì)發(fā)生些許局部微裂，甚至部分結(jié)晶遭到破壞，由此產(chǎn)生永久性裂縫。泵送混凝土現(xiàn)澆構(gòu)件中，公路梁體泵送混凝土水泥用量多，坍落度大，由于水泥漿體的物理化學(xué)反應(yīng)，會(huì)形成部分收縮裂縫。

4.2 影響因素和防治措施

混凝土塑性收縮主要是由于水泥水化過程中自身體積收縮，因此泵送混凝土應(yīng)使用低收縮水泥，減少混凝土中水泥的用量，降低水灰比?；炷翝仓軐?shí)，振搗時(shí)間一般為10～15s/次最佳。施工后1h，或在水泥完全硬化前再進(jìn)行二次振搗，能有效防止泵送混凝土梁體構(gòu)件產(chǎn)生收縮沉陷裂縫。掛籃懸臂平衡澆筑施工合龍段泵送混凝土應(yīng)添加微膨脹劑，減少混凝土內(nèi)部體積收縮，防止混凝土梁體產(chǎn)生收縮裂縫。塑性階段微膨脹劑混凝土與普通混凝土收縮變化如圖1所示。

圖1 塑性階段微膨脹劑混凝土與普通混凝土收縮變化

5 干縮裂縫

5.1 產(chǎn)生的原因和特征

混凝土的干縮裂縫主要是由于混凝土硬化后長時(shí)間的水分揮發(fā)引起的。水泥水化形成大量微細(xì)空隙，在干燥環(huán)境中，水泥膠體中自由水揮發(fā)會(huì)形成毛細(xì)管引力，膠體內(nèi)部空隙受到壓縮，膠體體積隨水分揮發(fā)而不斷收縮，從而使混凝土體積收縮產(chǎn)生細(xì)小裂縫。干縮裂縫時(shí)間大都是在一個(gè)月以上，甚至也有可能在一年半以上，表面部位發(fā)生裂紋，裂縫細(xì)小。干縮裂縫不僅會(huì)引起鋼筋銹蝕，而且嚴(yán)重破壞薄壁構(gòu)件的抗?jié)B和耐久性。泵送混凝土坍落度大，混凝土硬化后，由于內(nèi)部水分揮發(fā)，混凝土表面更容易形成裂縫，從而影響梁體結(jié)構(gòu)的耐久性。

5.2 影響因素和防治措施

混凝土中膠體數(shù)量隨混凝土水泥用量及單位用水量增加而增多，因此隨水泥用量及水灰比增大，混凝土干縮相應(yīng)增大。泵送混凝土應(yīng)盡量選擇低收縮膠凝材料，添加粉煤灰等降低水泥用量，摻入一定高性能減水劑降低水灰比，摻入少量微膨脹劑，減少混凝土干縮開裂。采取二次供料的純漿工藝，能有效避免水泥砂漿和石料界面的水分堆積，使界面與過渡層結(jié)合更緊密，在硬化后增加了內(nèi)聚力，提高混凝土強(qiáng)度及抗裂能力。對澆筑混凝土進(jìn)行二次振動(dòng)，能夠減少混凝土的泌水現(xiàn)象，減少孔隙水分，增加內(nèi)聚能和最大抗拉強(qiáng)度，降低內(nèi)部裂紋和多孔性，增加抗裂能力?；炷翝仓瓿珊螅杓皶r(shí)覆蓋土工布，延長混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。覆蓋養(yǎng)護(hù)混凝土散熱均勻，發(fā)揮了混凝土的抗拉強(qiáng)度和松弛功能，使混凝土溫差變化所形成的拉應(yīng)力遠(yuǎn)低于混凝土的抗拉強(qiáng)度，從而避免了貫穿裂紋的形成。不同水灰比混凝土干縮變形率如圖2所示。

圖2 不同水灰比混凝土干縮變形率

6 結(jié)語

綜上所述，由于橋梁泵送混凝土水泥用量較多、單位用水量大、砂率較高等特點(diǎn)，使混凝土在高強(qiáng)度、高流動(dòng)性條件下干燥收縮，導(dǎo)致開裂的概率較大。因此泵送混凝土施工中，應(yīng)加入粉煤灰等礦物摻和料，使用高效緩凝外加劑及微膨脹劑等，減少混凝土用水量，降低混凝土水化熱，減少混凝土硬化后收縮。施工時(shí)嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)溫度，加強(qiáng)混凝土振搗及硬化后的養(yǎng)護(hù)工作，從而減少泵送混凝土橋梁施工裂縫的產(chǎn)生，提高混凝土橋梁耐久性，實(shí)現(xiàn)最佳的工程質(zhì)量。