焦建偉

（甘肅信達(dá)建設(shè)咨詢有限公司，甘肅蘭州730000）

1 工程概況

該橋位于甘肅省武威盆地南緣山前沖、洪積平原區(qū)，地形較為平坦、開闊，為跨越明長城遺址而設(shè)。該橋位于縱坡4.9‰的單面坡上，設(shè)計(jì)中按正做斜置，即吊桿垂直于梁體。其平面位于直徑500m 的圓曲線上，按直線梁設(shè)計(jì)，采用平分中矢布置。該橋?yàn)榍褐弊觯捎脝蜹 形橋臺(tái)，橋臺(tái)與梁對齊，梁縫為15cm。該橋位于寒冷地區(qū)，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為100年。

該橋上部結(jié)構(gòu)采用1 孔123m 下承式梁拱組合結(jié)構(gòu)，拱軸線采用二次拋物線，矢跨比f/L=1/5，理論計(jì)算跨度L=123m。橫橋向設(shè)置兩道拱肋，拱肋中心間距為12.4m。主梁為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支箱梁，采用單箱雙室截面，采用滿堂支架分段現(xiàn)澆施工，鋼管拱肋在主梁及支架上拼裝合龍，即梁部采用先梁后拱的施工方法。主梁全長127.5m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C55混凝土2726.0m3。主梁除梁端部加高至3.5m 外，其余梁高均為3.0m。 跨中主梁頂寬13.5m，底寬11.5m，拱腳處一定范圍內(nèi)梁底加寬至14.5m，頂寬加寬至14.5m。主梁端部13.75m 采用C55 纖維混凝土，并與拱腳混凝土一同澆筑，纖維摻量1.2kg/m3。主梁跨中邊腹板厚55cm，中腹板厚40cm，拱腳處分別加厚至205cm 和130cm。主梁跨中頂、底板厚分別為40cm和35cm，端部分別加厚100cm 和130cm。

2 大體積混凝土施工裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 混凝土塑性收縮變形產(chǎn)生裂縫

混凝土需要一段時(shí)間才會(huì)硬化，在此期間如果出現(xiàn)大風(fēng)或干燥天氣，會(huì)使混凝土表面失去水分，引起毛細(xì)管壓力，使表面收縮，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫。這種狀態(tài)下的裂縫，互不連貫且長短不一，會(huì)呈現(xiàn)出中間寬、兩端細(xì)的特征[1]。深入分析可知，出現(xiàn)裂縫的根本原因是施工前期混凝土強(qiáng)度較低，遇到大風(fēng)或高溫環(huán)境，造成混凝土水分蒸發(fā)的速度變快，且無法得到有效補(bǔ)充，這種狀態(tài)下的混凝土處于塑性，一旦受到外力就會(huì)出現(xiàn)裂縫，裂縫會(huì)促使水分進(jìn)一步蒸發(fā)，水分蒸發(fā)會(huì)使裂縫更大，形成惡性循環(huán)[2]。

影響混凝土開裂的原因有內(nèi)部原因和外部原因，其中，內(nèi)部原因有混凝土細(xì)骨料泥砂含量、凝結(jié)時(shí)間、水灰比，外部原因有環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速等。

2.2 溫度升高導(dǎo)致裂縫

混凝土在凝固、硬化期間，由于內(nèi)部的膠凝材料會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的水化熱，所以會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)、外升溫速度加快，使外部和內(nèi)部溫度差變大，致使內(nèi)部膨脹比外部更大，超過表面受力后就會(huì)產(chǎn)生裂縫，且混凝土初期的強(qiáng)度較低，一旦出現(xiàn)裂縫將會(huì)持續(xù)擴(kuò)大[3]。

2.3 混凝土發(fā)生堿—骨料反應(yīng)產(chǎn)生裂縫

如果混凝土中的粗、細(xì)骨料中含有活性礦物質(zhì)，當(dāng)攪拌混凝土后，混凝土中的堿性離子會(huì)與活性骨料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，吸收大量的游離水分，體積也會(huì)逐漸增大，導(dǎo)致混凝土酥松、膨脹開裂[4]。

3 大體積混凝土澆筑后產(chǎn)生裂縫的預(yù)防、控制措施

3.1 加強(qiáng)原材料的選用和控制

第一，應(yīng)選用強(qiáng)度等級為52.5 級的普通硅酸鹽水泥，高質(zhì)量的水泥會(huì)在混凝土凝結(jié)期間產(chǎn)生較好的穩(wěn)定性和較低的水化熱現(xiàn)象，形成大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)、外較小的溫差，從源頭上降低裂縫的產(chǎn)生概率。水泥的細(xì)度越小，水化反應(yīng)的放熱速率就越低，造成大體積混凝土裂縫的概率也就越小。水泥中過量的C3A 物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致其水化速度加快，并釋放大量的熱量，加大混凝土的收縮，破壞混凝土的抗裂性能，最終產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)茐幕炷恋哪途眯?。需對水泥的?xì)度和C3A 應(yīng)加以控制[5]?！惰F路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424—2018）中規(guī)定，普通硅酸鹽水泥的細(xì)度（比表面積）為300～350m2/kg，水泥中C3A 含量≤8.0%。水泥中的堿還會(huì)與混凝土中的骨料進(jìn)行反應(yīng)，增加其開裂的趨勢，所以必須要將水泥中的堿含量控制在0.6%以下，比如可以采用低堿普通硅酸鹽水泥。

第二，細(xì)骨料的選擇。細(xì)骨料選用了級配合理、質(zhì)地堅(jiān)固、吸水率低、含泥量低、泥塊含量小、空隙率小、細(xì)度模數(shù)在2.5～33.0 之間的潔凈天然河砂。并且按照《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》對細(xì)骨料的礦物組成和堿活性礦物類型進(jìn)行鑒別和快速砂漿棒法試驗(yàn)，膨脹率在0.20%以下為合格。

第三，粗骨料的選擇。粗骨料選經(jīng)錘式破碎機(jī)生產(chǎn)的粒行良好、級配合理、質(zhì)地堅(jiān)固、吸水率低、線脹系數(shù)小的潔凈花崗巖碎石，巖石抗壓強(qiáng)度大于等于橋梁設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的兩倍，即大于等于110MPa。其中，粒徑是5～310mm、10～316mm、16～325mm 的三級配碎石，使骨料具有盡可能小的空隙，從而降低混凝土的膠凝材料用量，降低混凝土表面產(chǎn)生裂縫的可能。混凝土用粗骨料的含泥量、泥塊含量進(jìn)行分級檢驗(yàn)，不合格的分級骨料不可用于混凝土施工。按照《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》對粗骨料的礦物組成和堿活性礦物類型進(jìn)行鑒別和快速砂漿棒法試驗(yàn)，膨脹率在0.20%以下為合格。

第四，摻和料選擇。在混凝土中加入粉煤灰、?；郀t礦渣粉等活性礦物摻和料，可以減少膠凝材料中水泥的用量，改善混凝土的工作性，提高抗壓強(qiáng)度和耐久性能，預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生。

摻入F 類Ⅰ級顏色均勻、不含有油污等雜質(zhì)的粉煤灰，這類粉煤灰中含有較多的Al203，在拌和過程中能夠與水泥中的Ca(OH)2 發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生性能更穩(wěn)定的水化鋁酸鈣及水化硅酸鈣物質(zhì)，有利于混凝土硬化。不僅如此，粉煤灰中存在的硅鋁氧化物還能起到一定的催化效果，加劇水泥與水的二次反應(yīng)，不斷降低大體積混凝土的熱脹反應(yīng)。燒失量也是影響混凝土性能的因素之一，粉煤灰燒失量大，摻和到混凝土中，會(huì)增加混凝土坍落度，且不容易被搗實(shí)，使封孔固化和致密效應(yīng)降低，且未燃燒顆粒還會(huì)吸附混凝土中的外加劑。一定要控制粉煤灰的燒失量，不得超過5.0%。同時(shí)還要控制CaO 的含量，以避免其與硫酸根離子、C3A 結(jié)合生產(chǎn)鈣礬石，導(dǎo)致混凝土開裂加劇。在該項(xiàng)目施工中，不得使用氧化鈣含量超過10%的粉煤灰。

在水泥中添加礦渣粉后，水泥流動(dòng)性會(huì)變好，且能降低水化熱，提高后期的混凝土強(qiáng)度。礦渣粉能夠改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高其抗腐蝕和抗?jié)B透性能。另外，混凝土的水化速度降低，也延長了混凝土的凝結(jié)時(shí)間，便于混凝土的運(yùn)輸，特別是有利于大體積混凝土的澆筑操作。為了保證最佳的改善效果，要將礦粉的細(xì)度（比表面積）控制在400～500m2/kg 之間。

從微觀層面上分析發(fā)現(xiàn)，礦粉和粉煤灰中存在大量的球形、玻璃狀態(tài)的細(xì)小顆粒，添加到混凝土中可以提高和易性，且這些摻和了粉料的細(xì)小顆粒還能改變水泥顆粒的空隙，使水泥堆積更加緊密，提高混凝土的初期強(qiáng)度。將火山灰和粉煤灰結(jié)合使用，還能夠提高混凝土的綜合性能，避免出現(xiàn)裂縫。

第五，外加劑的選擇。選擇摻加高性能聚羧酸系（緩凝型）減水劑，其作用是減少混凝土拌和時(shí)的用水量，從而提高混凝土的耐久性，減少混凝土澆筑后的開裂現(xiàn)象，改善混凝土拌和物施工時(shí)的和易性、提高混凝土的強(qiáng)度及其他物理力學(xué)性能，減少水泥用量。

該橋處于寒冷地區(qū)，施工時(shí)間為8月至9月，氣溫較高。按照減水劑的1%，在混凝土中摻入少量稀釋后氣泡間距系數(shù)≤300um 的引氣劑，使混凝土中產(chǎn)生大量的微小氣泡，改變混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，以此大幅提高混凝土的抗凍性能。另外，加入適量的引氣劑，還能降低混凝土的用水量，抑制泌水率，同時(shí)還能在一定程度上改善混凝土的勻質(zhì)性及工作性。這主要是因?yàn)橐龤鈩┠艽_保水在混凝土拌和物中以更穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)存在，可以有效緩解骨料底部漿體泌水或沉降問題，從而達(dá)到減少開裂的目的[6]。

第六，混凝土原材料儲(chǔ)存和運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)采取有效措施，防止水泥、礦物摻和料受潮，應(yīng)選擇出廠時(shí)溫度較低的散裝水泥。粉煤灰、礦粉摻和料儲(chǔ)存在防潮、防水的罐里，粗、細(xì)骨料儲(chǔ)存在具有防曬、防水、防污染的料倉里，嚴(yán)格按照生產(chǎn)和儲(chǔ)存要求管理混凝土原材料，要在固定的存放地點(diǎn)做好標(biāo)示工作，注明原材料的種類、名稱、廠家等，同時(shí)還要寫明材料的進(jìn)場時(shí)間，保留材料的檢驗(yàn)合格證明。為了防止粗骨料在運(yùn)輸和裝卸過程中其級配發(fā)生變化，可通過對粗骨料實(shí)行分級采購、分級運(yùn)輸、分級堆放，確保骨料具有良好的級配。

3.2 科學(xué)、合理地選擇最優(yōu)配合比

第一，配合比的選擇。配合比是保障混凝土性能最重要的參數(shù)指標(biāo)，在保證工作性能優(yōu)良、力學(xué)性能和耐久性能滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，膠凝材料可選用粉煤灰和?；郀t礦渣粉代替部分水泥，減少水泥水化放熱反應(yīng)而產(chǎn)生的混凝土開裂現(xiàn)象，同時(shí)也降低混凝土的成本；外加劑使用了引氣劑和聚羧酸系高性能減水劑（緩凝型）雙摻的方法，能夠減少30%以上的混凝土拌和用水量，控制較小的水膠比，能夠延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間，降低新拌混凝土在凝結(jié)硬化過程中的開裂現(xiàn)象。其原料用量如表1所示。

表1 選用的配合比每方混凝土各項(xiàng)原材料用量如下（kg/m3）

第二，施工配合比調(diào)整。開展混凝土施工前，應(yīng)檢測粗、細(xì)骨料的實(shí)際含水率，并根據(jù)粗、細(xì)骨料的實(shí)際含水率調(diào)整拌和物設(shè)計(jì)的配合比的用水量。

3.3 施工控制

第一，混凝土結(jié)構(gòu)施工前，必須要做好各項(xiàng)工作的檢驗(yàn)，尤其是對混凝土配合比、施工機(jī)械、工藝方案等方面的檢驗(yàn)。另外，混凝土拌和物出廠前，應(yīng)進(jìn)行坍落度、含氣量和溫度的測定。測定其溫升和內(nèi)外溫差，如發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及時(shí)調(diào)整。混凝土應(yīng)在拌和站集中攪拌，計(jì)量系統(tǒng)在使用前，應(yīng)對其進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)，水泥、礦物摻和料、外加劑和拌和用水稱量偏差，應(yīng)控制在≤1%范圍內(nèi)，粗、細(xì)骨料稱量偏差，應(yīng)控制在≤2%的范圍內(nèi)。

第二，跨長城大橋分三段六次進(jìn)行澆筑。第一段為跨長城大橋底板、腹板、中隔梁澆筑，中間為54m 頂板、翼板及護(hù)欄基礎(chǔ)澆筑；第二段為圓臺(tái)端底板、腹板澆筑，圓臺(tái)端頂板、翼板澆筑；第三段為集臺(tái)端底板、腹板澆筑，集臺(tái)端頂板、翼板澆筑。為避免混凝土水化熱引起開裂，腹板沿橋縱向每隔3.0m 設(shè)置10cm 的通風(fēng)孔一處，架設(shè)內(nèi)徑40mm、壁厚3mm 的散熱管，配制HZS150G 混凝土攪拌站一套，容量為12m3的運(yùn)輸罐車6 輛，大型混凝土輸送泵車2 臺(tái)，位于大橋兩側(cè)，并同時(shí)、對稱澆筑，如圖1所示。

圖1 2 臺(tái)泵車同時(shí)泵送混凝土澆筑施工

第三，混凝土澆筑選擇早晨氣溫較低時(shí)，進(jìn)行連續(xù)澆筑，混凝土的入模溫度控制在30oC 以下，與混凝土接觸的介質(zhì)溫度不超過40oC，做好溫度測量工作，如圖2所示。新澆筑的混凝土與領(lǐng)接硬化的混凝土介質(zhì)間的溫差不大于15oC?；炷恋臐仓^程中，應(yīng)充分控制分層流水澆筑及振搗，振搗時(shí)間和振搗半徑以混凝土密實(shí)為原則，避免過振和漏振，有利于加速水泥水化熱反應(yīng)能量擴(kuò)散的同時(shí)，也有利于混凝土抗裂性能的提升。對于大體積混凝土擁有較大面積的情況，施工人員應(yīng)將表面振搗、壓實(shí)、抹平，防止表面出現(xiàn)裂縫。澆筑時(shí)，應(yīng)安排專人配合預(yù)埋熱電偶測溫。澆筑后，應(yīng)在混凝土外表面蓋上塑料薄膜，進(jìn)行保濕、保溫處理。

圖2 混凝土澆筑入模前進(jìn)行溫度測量

第四，拆除鋼筋混凝土模板時(shí)，要注意混凝土與周邊環(huán)境的問題，要保證混凝土結(jié)構(gòu)的芯部、外表面、室外環(huán)境三者之間的溫差小于20oC。當(dāng)溫差不滿足時(shí)，即內(nèi)部結(jié)構(gòu)芯部初始降溫或急劇降溫時(shí)，不得拆模。拆模后大體積混凝土表面溫度降幅應(yīng)≤9oC，中心溫度不高于25oC 時(shí)，才可對大體積混凝土進(jìn)行拆模，如果控制不好拆模時(shí)間，會(huì)因內(nèi)外溫差過大而形成溫度梯度，對大體積混凝土產(chǎn)生疊加應(yīng)力，從而產(chǎn)生混凝土裂縫。

3.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)及溫度控制

澆筑完畢1h 內(nèi)，對新澆混凝土進(jìn)行覆蓋?；炷翝仓瓿?h 后開始灑水，使混凝土表面濕潤，這樣既能防止干縮裂縫，又能防止外界高溫倒灌，澆筑10h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期間，不同部位應(yīng)每隔4h 測溫一次并記錄，保證混凝土芯部溫度小于60oC。測溫時(shí)若發(fā)現(xiàn)混凝土溫度異常，應(yīng)立即采取措施，直至溫度符合要求。養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28d。跨長城大橋澆筑養(yǎng)護(hù)28d 并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，專業(yè)檢測人員應(yīng)用刻度放大鏡對混凝土結(jié)構(gòu)表面檢查有無裂縫，如圖3所示。

圖3 專業(yè)檢測人員檢查跨長城大橋有無裂縫

4 結(jié)語

通過對原材料的合理選擇、對各項(xiàng)指標(biāo)的嚴(yán)格控制以及配合比的優(yōu)化、科學(xué)合理的施工、測溫監(jiān)控和有效的養(yǎng)護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)了武威國投公司鐵路專用線跨長城大橋大體積混凝土澆筑完成后的無裂縫效果。