摘 要： 混凝土裂纹是混凝土施工中经常遇到的问题。本文结合福建省高速公路某特大桥工程承台施工中出现的大体积混凝土裂纹, 从混凝土水化热、干燥收缩、混凝土振捣养生、施工配合比、原材料质量控制等方面进行分析和设计, 提出了大体积混凝土裂纹的防治方法, 可供其他类似工程参考。
关键词： 桥梁承台; 大体积混凝土; 裂纹; 处理技术;
0、前言
近年来, 福建省高速公路发展迅猛, 兴建了大量的钢筋混凝土桥梁结构, 作为桥梁的下部结构, 大型桥墩、承台等构件屡见不鲜。在此类大型构件的大体积混凝土施工过程中, 混凝土的开裂一直是一个让工程技术人员困扰的问题。如何防治及处理这些裂纹, 将直接影响混凝土构件的耐久性。本文结合福建省高速公路建设中某特大桥承台施工过程中混凝土裂纹的防治经验, 浅要谈谈混凝土裂纹的控制要点和处理措施。
1 、项目概况
福建省高速公路某特大桥, 上部结构采用5×35mPC连续刚构T梁+ (81+3×150+81) m变截面悬浇刚构箱梁+ (5×40+5×35) mPC连续刚构T梁。下部结构4#、5#承台在陆地, 承台尺寸为18.30m×18.30m×4.00m, 混凝土强度C30, 桩基础采用9根Φ3.1m钻孔灌注桩, 墩身为圆端型实心墩。
2 、裂纹的出现及特征
施工过程中, 该桥4#墩承台在混凝土浇筑完成后, 次日拆模时发现在承台顶面及侧面出现了数条裂纹, 顶面裂纹成平面形状, 深度、宽度均较浅 (宽度小于0.30mm) , 在墩身预埋钢筋周边较明显;侧面裂纹互不连贯, 长短不一, 最长178cm, 最短26.2cm, 最宽处1.00mm。随后我们对这些裂纹进行标记, 并观测7天, 每天早中晚记录裂纹的变化, 发现裂纹并未继续发展。如何确保后续的混凝土浇筑质量, 杜绝裂纹的再次出现, 成为亟待解决的问题。
3 、裂纹原因分析
针对该桥4#墩承台出现的裂纹, 我们进行了初步分析, 认为产生裂纹的原因主要有以下几个方面:
3.1、 大体积混凝土的水化热大
每个承台需要混凝土1340m3, 厚度超过2.0m, 是典型的大体积混凝土。由于混凝土是热的不良导体, 混凝土凝结硬化过程中产生大量水化热, 大量热量积聚在混凝土内部不易散出, 使混凝土表面与内部形成温度差。在混凝土凝结初期, 温度差引起的应力大于混凝土抗拉强度时, 就容易产生裂纹。
3.2 、施工配合比不合理
混凝土出现裂纹往往和配合比有很大关系。经试验室核查, 该承台混凝土浇筑中, 配合比存在如下问题: (1水灰比过大, 在试验得出理论配合比后, 施工配合比未及时根据地材的含水量进行调整, 造成配合比不准确, 水灰比过大; (2) 配合比中细骨料偏多, 造成混凝土收缩, 导致结构出现裂纹。
3.3、 水分蒸发干缩造成
水泥浆中水分的蒸发会产生干缩, 且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果:混凝土受外部条件的影响, 表面水分损失过快, 变形较大, 内部湿度变化较小, 变形较小, 较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束, 产生相对拉应力而产生裂缝。
本地区为多风天气, 这加剧了混凝土表面干燥的速度, 使表面产生较大拉应力, 进而导致混凝土产生裂纹。
3.4、 塑性收缩因素
混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小, 或者混凝土刚刚终凝而强度很小时, 受高温或较大风力的影响, 混凝土表面失水过快, 造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩, 而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩, 因此产生龟裂。
3.5 、振捣养生影响
混凝土浇筑时漏振、过振, 导致混凝土的密实性不够, 容易造成混凝土裂纹;混凝土终凝后进行二次抹面, 会造成混凝土的收缩裂纹;混凝土养护不及时, 也会造成混凝土表面干燥而出现干燥裂纹。
4 、裂纹的预防措施
通过以上初步分析得出的原因, 我们在优化设计配合比、制定施工配合比控制措施、优化原材料的选用、降低水化热、加强振捣养生等方面, 提出了预防裂纹的几个措施, 在后续的大体积混凝土施工过程中加以改进和应用。
4.1 、优化配合比, 减少水化热等原材料选用方面
原材料选用措施:一是降低水灰比, 在不影响强度的前提下, 尽量减少水灰比;二是选用中低热水泥和粉煤灰水泥, 在配合比设计规范允许范围内尽量掺加粉煤灰, 降低水泥的用量;三是优先选用级配良好的集料。有试验表明:当用连续级配、粒径为5～40mm的碎石与细度模数为2.3～3.7的中粗砂时, 单位体积混凝土水泥与水用量可分别减少28～35kg和20～25kg, 综合效益表现良好。鉴于该经验, 在满足配合比要求的前提下, 尽量增加粗骨料的使用;四是添加适量的减水剂等外加剂, 改善混凝土性能。
4.2、 混凝土施工措施方面
在大体积混凝土的施工过程中, 可以采取以下措施:一是防止干燥收缩。为保证浇注混凝土表面温度与外界温度差值控制在25℃之内, 浇筑混凝土之前, 将基层和模板浇水均匀湿透;二是根据基础的尺寸采用分层浇捣、斜面推进的原则进行施工 (图1) 。每层厚度控制在400mm左右, 斜面坡度控制在l∶6～1∶8之间, 可以起到加快散热、减少水化热、降低内外温差的作用, 避免温差应力引起的裂纹;三是布设冷却水管 (图2) 。根据基础厚度的不同, 按照每层80cm布置冷却水管, 用水泵抽水保证进水口有足够的压力, 进水口和出水口之间温差控制在5～10℃, 从基础浇筑起至浇筑完成后, 半个月内不间断注水, 保证水温。
图1 分段分层示意图
图2 冷却管布设示意图
4.3、加强振捣养生措施方面
加强混凝土作业工人的培训, 使其掌握插入式振捣器“直上直下, 快插慢拔;插点要均匀, 切勿漏插点;上下要插动, 层层要扣搭;时间掌握好, 密实质量佳”的操作要领: (1) 使用插入式振动器时, 移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍, 与侧模应保持5～10cm距离, 应避开预埋件或钢筋10～15cm, 应插入下层混凝土5～10cm; (2) 对每一部位混凝土必须振动到密实为止, 密实的标志是混凝土停止下沉, 不再冒气泡, 表面呈平坦、泛浆, 确保振捣质量。
表面抹面:初凝时, 用木抹子做第一次抹压, 使面层充分达到密实;混凝士终凝前做第二次抹压, 使混凝土面层再次达到密实。
浇筑完成之后7～28d, 及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等, 保持混凝土终凝前表面湿润, 或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护, 并设置遮阳和挡风设施, 防止混凝土表面水分散失过快而产生裂纹。
5 、裂纹的治理
因该承台的顶面标高在涨水期水位以下, 为保证承台的耐久使用, 针对出现的裂纹, 采用如下处理方案。
5.1、 表面修补法
针对承台顶面, 对于墩身预埋钢筋周边5cm范围内的裂纹, 采用凿除处理, 适当加大凿除深度;对于顶面其他位置的裂纹, 采用在其表面涂抹沥青的方式处理。
5.2 、注浆法
对已形成的缝宽大于0.30mm、缝深较深的承台侧面混凝土裂纹, 我们采用裂缝灌环氧树脂、表面涂刷沥青的方案。首先用高压气枪对裂纹进行吹扫, 随后用自动注胶器将环氧树脂从裂纹一端向另一端进行灌填, 确保裂纹中没有气泡, 待灌缝胶凝结硬化后, 表面涂抹沥青 (图3) 。
图3 注浆示意图
6、 结束语
通过对配合比、原材料、操作人员培训、施工工艺等方面进行总结和改进, 并在桥梁施工过程中进行实时监控, 该桥后续的桥墩、承台等大体积混凝土构件的裂纹情况均能得到有效控制。
虽然大体积混凝土裂缝产生的原因很多, 但只要严格按照规范施工, 认真积极探索裂缝产生的原因, 及早采取相应的预防措施, 就能有效地控制大体积混凝土结构的裂缝。
参考文献
[1]张声.混凝土裂缝的防治与处理技术[J].山西建筑, 2005.
[2]GB50496-2012, 大体积混凝土工程施工规范[S].
[3]JTG H13-2004, 公路桥涵养护规范[S].
