大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土裂縫控制措施

劉如明

（杭州寶基建材有限公司，浙江 杭州 311300）

1 工程概況

某城市橋梁綜合改造工程，設(shè)計(jì)單向三車道，橋梁上部寬度 13m，下部寬度為 6m，墩臺(tái)根部梁高 4m，跨中部梁高 2m，下部墩臺(tái)頂尺寸為 5.0m×3.2m，墩底尺寸 3.4m×2.2m，跨度為 [(5×30)＋(40＋70＋40)＋(5×30)]m，橋梁全長(zhǎng)為 450.0m，梁橫截面形式為單箱單室薄腹梁，現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力后張法鋼筋混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)最高為 C55 和 C50，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的 95% 時(shí)，方可施加預(yù)應(yīng)力進(jìn)行張拉。該工程鋼筋用量大，非粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線多，鋼筋之間、鋼絞線螺旋孔之間凈距較小，且縱橫交錯(cuò)，個(gè)別部位鋼筋之間凈距只有 25mm，因此，要求混凝土粗骨料的粒徑宜不大于 20mm，最大粒徑不得大于 25mm，設(shè)計(jì)使用年限 100 年。

2 原材料

（1）水泥：考慮本工程實(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，水泥供應(yīng)緊張，防止水泥溫度過(guò)高，應(yīng)在混凝土公司料倉(cāng)儲(chǔ)存穩(wěn)定期不少于 3 天，才可用于該工程混凝土的生產(chǎn)。必要時(shí)測(cè)定水泥的溫度，防止溫度過(guò)高，使用時(shí)，水泥溫度不宜大于 55℃。盡量采用低水化熱或低熱硅酸鹽水泥，水泥熟料中鋁酸三鈣 C3A 含量不宜超過(guò) 8%，游離氧化鈣含量不宜超過(guò) 1.0%，硅酸三鈣 C3S 含量不宜過(guò)高。水泥細(xì)度不宜太細(xì)，比表面積宜小于 360m2/kg。水泥細(xì)度越細(xì)，比表面積越大，水化熱越大，需水量也越大，收縮性越大；水泥細(xì)度越細(xì)，混凝土早期強(qiáng)度越高，但后期強(qiáng)度低，有的甚至后期強(qiáng)度不增長(zhǎng)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和預(yù)防早期開裂非常不利。水泥在不影響活性滿足使用要求前提下，盡量選擇比表面積適中的水泥。本工程選用安徽寧國(guó)海螺生產(chǎn)的 P·Ⅱ52.5R 硅酸鹽水泥，除其它各項(xiàng)指標(biāo)滿足 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的要求外，28d 強(qiáng)度在 56MPa 以上、堿含量較低、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量小、水泥穩(wěn)定性好、水化熱低、與外加劑適應(yīng)性良好、氯離子含量低的水泥。

（2）礦物摻合料：可以選用材料穩(wěn)定、活性指數(shù)高、需水量小、吸水量低的礦粉，適宜的礦物摻合料，可以改善混凝土的性能，減少單方混凝土中水泥用量，降低水化熱，降低用水量，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。本工程選用湖州高強(qiáng) S95 級(jí)礦粉，摻量不宜超過(guò)膠凝材料總用量的 20%，除活性指標(biāo)滿足要求外，燒失量、三氧化硫、氯離子含量低，其他指標(biāo)均符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范GB/T 18046—2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的?；郀t礦渣粉》的規(guī)定。

（3）外加劑：要求氯鹽含量低、減水率高，外加劑與水泥適應(yīng)性要好。采用浙江華力外加劑廠生產(chǎn)的緩凝高效高濃泵送減水外加劑，能夠推遲混凝土放熱峰值的時(shí)間，減小早期裂縫出現(xiàn)的機(jī)率，提高抗裂性能?；炷翜p水率在 22.5% 左右，減少用水量，降低水泥用量，改善混凝土和易性，減少坍落度損失，混凝土 1 小時(shí)坍落度損失在 30mm 左右。對(duì)進(jìn)廠的外加劑，除按常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目外，同時(shí)核對(duì)質(zhì)保書等資料。

（4）細(xì)骨料：選用顆粒潔凈級(jí)配良好，且為連續(xù)級(jí)配的天然河砂。宜用中砂或粗砂，細(xì)度模數(shù)在 2.5 以上，孔隙率小，含泥量低，泥塊含量≤0.4%，含泥量≤2.5%，氯離子含量≤0.02%，堅(jiān)固性 5 次循環(huán)后的質(zhì)量損失≤6%，其它指標(biāo)均滿足 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

（5）粗骨料：考慮鋼筋用量多，鋼筋之間間距小，混凝土強(qiáng)度高，采用石灰?guī)r破碎成型的碎石。宜優(yōu)先選用 5～20mm 連續(xù)級(jí)配的碎石，石子的最大粒徑不得超過(guò) 25mm，巖石壓碎指標(biāo)≤8%，泥塊含量≤0.3%，含泥量≤0.8%，堅(jiān)固性 5 次循環(huán)后的質(zhì)量損失≤6%，針片狀顆粒含量≤10%，且為非堿活性骨料，其它指標(biāo)均滿足 JGJ 52—2006 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

（6）水：應(yīng)滿足 JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》混凝土用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)禁使用氯離子含量超標(biāo)和其他有害物質(zhì)超標(biāo)的廢水，當(dāng)使用回收利用廢水時(shí)，必須經(jīng)檢驗(yàn)合格，方可使用。

3 配合比設(shè)計(jì)與計(jì)算

為滿足普通混凝土配合比設(shè)計(jì)和施工技術(shù)要求，保證混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量，減少收縮裂縫，充分考慮工程結(jié)構(gòu)大跨度、預(yù)應(yīng)力、高強(qiáng)度特點(diǎn)，以及混凝土的結(jié)構(gòu)形式、配筋密度間距、所采用振搗的機(jī)具，滿足混凝土配制的強(qiáng)度、長(zhǎng)期性能、耐久性能、拌合物性能和其他力學(xué)性能。本工程混凝土配合比設(shè)計(jì)不摻用粉煤灰，以降低混凝土的碳化深度；同時(shí)為保證良好的流動(dòng)性、施工的可操作性、良好的可泵性和混凝土的密實(shí)度，水膠比宜控制在 0.4 以內(nèi)，砂率宜控制在 38% 左右。出機(jī)坍落度不宜大于 200mm，現(xiàn)場(chǎng)坍落度不宜大于 160mm，粗骨料的最大粒徑不宜大于 25mm，膠凝材料總用量不宜大于 520kg/m3，單方用水量不宜大于 180kg，并進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，氯離子含量不宜大于 0.04%，混凝土中堿含量不宜大于 3.0kg/m3。凝結(jié)時(shí)間：初凝宜控制在 5～7小時(shí)，終凝宜控制在 7～9 小時(shí)。

4 生產(chǎn)配料計(jì)量

生產(chǎn)前核查確認(rèn)混凝土配合比、各種原材料品種、規(guī)格、數(shù)量、儲(chǔ)料筒倉(cāng)是否與配合比一致，生產(chǎn)過(guò)程計(jì)量是否準(zhǔn)確無(wú)誤。為保證混凝土的勻質(zhì)性，應(yīng)比普通混凝土攪拌時(shí)間延長(zhǎng) 15s，混凝土出廠前增加檢測(cè)頻率，確保每車拌合物的坍落度、和易性、勻質(zhì)性等性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。加強(qiáng)出廠檢驗(yàn)工作。

5 運(yùn)輸與泵送

混凝土到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，做好質(zhì)量驗(yàn)收工作，入泵前核對(duì)每車混凝土小票、強(qiáng)度等級(jí)、數(shù)量、發(fā)車時(shí)間，以及澆筑時(shí)間、澆筑部位、坍落度、施工性能等是否符合要求，準(zhǔn)確無(wú)誤后方可卸料泵送。嚴(yán)格控制質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)混凝土離析或坍落度不符合要求時(shí)，禁止卸料，做好交貨檢驗(yàn)記錄，嚴(yán)禁工地隨意加水。每車混凝土從加水生產(chǎn)開始至澆筑完畢不超過(guò) 1.5 小時(shí)，超過(guò)規(guī)定時(shí)間予以退回。該工程一次澆筑約 1150m3，且必須連續(xù)不間斷澆筑，為保證混凝土的需求不間斷供應(yīng)，合理配備運(yùn)輸車輛和泵送設(shè)備，由于運(yùn)距較近，需配備 12 輛12m3的攪拌運(yùn)輸車，保證每小時(shí)運(yùn)輸 80～120m3。預(yù)應(yīng)力橋梁板一次澆筑總跨度 150m，最大單跨 70m，寬度13m，要求在 12 小時(shí)之內(nèi)完成澆筑任務(wù)。為保證混凝土澆搗的連續(xù)性，防止混凝土由于間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生施工縫或冷縫，配備 2 臺(tái) 54m 汽車泵，現(xiàn)場(chǎng)兩臺(tái)泵車分別布置在橋梁板跨度兩端的 1/4 處，兩臺(tái)泵車之間距離約為 80m，中間不用移動(dòng)泵車，做好應(yīng)急預(yù)案，并備有一臺(tái) 48m 的汽車泵備用，保證混凝土供應(yīng)運(yùn)輸泵送的連續(xù)性。

6 混凝土施工澆筑

混凝土澆筑前應(yīng)對(duì)支架按箱梁自重的 120% 進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓時(shí)同一施工段內(nèi)必須同時(shí)進(jìn)行，以免支架受力不均勻。提前確定澆筑施工方案和順序，為便于施工，保證混凝土的密實(shí)性、均勻性、連續(xù)性，箱梁 [(5×30)＋(40＋70＋40)＋(5×30)]m，分三段澆搗，每段分兩次澆筑。采用兩次澆筑時(shí)，施工縫宜設(shè)置在箱梁上倒角下端。澆筑順序?yàn)椋旱谝淮螡仓装?、腹板，第二次再澆筑頂板，兩次之間可留水平施工縫。在第一次澆筑混凝土強(qiáng)度達(dá)到 2.5MPa 后，按要求對(duì)第一次澆筑混凝土表面鑿毛，用水沖洗并處理干凈。在第二次澆筑前，應(yīng)對(duì)鑿毛部位處理干凈，并不得有積水、雜物，混凝土施工縫表面涂刷一層水泥漿，再沿水平施工縫鋪一層 1～2cm 左右 1:2 水泥砂漿。配備兩臺(tái) 54m 汽車泵，應(yīng)同時(shí)對(duì)稱分層均勻澆筑，嚴(yán)禁泵送時(shí)集中一點(diǎn)進(jìn)行澆筑。澆搗前還應(yīng)檢查模板、鋼筋是否清理干凈，各種預(yù)埋件、預(yù)留孔位置是否準(zhǔn)確、固定是否牢固、鋼筋保護(hù)層厚度是否符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求。為保證混凝土的質(zhì)量，箱梁底板厚度 250～300mm 可不分層澆筑；澆筑薄腹板梁高部位，每次沿梁高度澆搗 300mm 左右，不超過(guò) 500mm。分層澆搗應(yīng)在下層混凝土初凝之前進(jìn)行，并對(duì)混凝土進(jìn)行二次振搗，宜控制在 1.5 小時(shí)內(nèi)，避免出現(xiàn)施工縫、冷縫。振動(dòng)時(shí)宜快插慢拔，振搗均勻，確保振幅有效范圍內(nèi)，不得漏振、也不得過(guò)振，尤其在薄腹板、梁、板交接部位、預(yù)埋波紋管部位和鋼筋密集處加強(qiáng)質(zhì)量控制，避免分段澆筑不同齡期造成混凝土結(jié)構(gòu)收縮裂縫?；炷翝仓髴?yīng)在初凝前進(jìn)行二次或多次抹壓，清除表面多余浮漿，減少表面塑性裂縫，終凝前對(duì)澆筑面進(jìn)行拉毛。及時(shí)覆蓋塑料薄膜，毛毯及其他防護(hù)措施，進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，減少溫度裂縫和干縮裂縫的發(fā)生。

7 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土箱梁和橋面澆筑完成后，為保證混凝土的溫度和濕度，凝結(jié)硬化后，立即用塑料薄膜覆蓋混凝土表面或噴灑混凝土養(yǎng)護(hù)劑，以防止混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程中多余水分蒸發(fā)逸出。薄膜密封養(yǎng)護(hù)可以大幅度減少混凝土的早期收縮，最好用塑料薄膜再加毛毯覆蓋，也可采用蓄水養(yǎng)護(hù)，但蓄水養(yǎng)護(hù)需掌握混凝土凝結(jié)時(shí)間和水的溫度?；炷两K凝后，嚴(yán)禁使用冷水管直接噴淋混凝土表面，嚴(yán)禁使用消防水龍頭直接噴灑養(yǎng)護(hù)?；炷劣不^(guò)程放出大量的熱，這時(shí)如果水溫過(guò)低，混凝土內(nèi)部與混凝土表面溫差、混凝土表面與養(yǎng)護(hù)用水溫差過(guò)大，很容易引起混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部及表面開裂，因此溫差不宜超過(guò) 15℃。當(dāng)養(yǎng)護(hù)用水濕度不足時(shí)，盡可能采用噴淋霧水養(yǎng)護(hù)或蓄水養(yǎng)護(hù)，防止表面受溫度、濕度環(huán)境因素的影響。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于 14 天。

8 結(jié)語(yǔ)

由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制比較復(fù)雜，涉及面廣，尤其是大跨度預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁、橋面板結(jié)構(gòu)的裂縫控制技術(shù)，應(yīng)根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、環(huán)境因素、設(shè)計(jì)要求、有關(guān)材料和配合比、混凝土的生產(chǎn)、施工工藝等各個(gè)環(huán)節(jié)，采取綜合有效合理的裂縫控制措施，才能預(yù)防結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，保證混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量、強(qiáng)度、安全性、耐久性和穩(wěn)定性。