橋梁項(xiàng)目承臺(tái)大體積混凝土裂紋成因與防治技術(shù)

李 峰

(山西路橋集團(tuán)交通產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司，山西 晉中 045404)

1 項(xiàng)目背景

大橋的長(zhǎng)度為1.285 Km，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的是連續(xù)鋼構(gòu)T梁(跨徑5×35 m)+變截面懸澆剛構(gòu)箱梁(跨徑80 m+3×160 m+80 m)+PC連續(xù)剛構(gòu)T梁(跨徑5×50 m+5×45 m)，下部結(jié)構(gòu)2#與3#承臺(tái)位于陸地，設(shè)計(jì)的承臺(tái)規(guī)格是18.30 m×180.30 m×4.00 m，采用的是C30混凝土，而樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的為鉆孔灌注樁(其直徑φ=3.1 m，數(shù)量為9根)，墩身選擇的是圓端實(shí)心墩。

2 裂紋特點(diǎn)

此橋梁2#墩承臺(tái)的混凝土澆筑結(jié)束之后，次日拆模階段發(fā)現(xiàn)承臺(tái)的頂面及側(cè)面形成多條裂紋，其中頂面的裂紋呈現(xiàn)平面狀，但是深度、寬度均≯0.3 mm；而側(cè)面裂紋非連貫性，長(zhǎng)(最大為188 cm)短(最短為25.9 cm)不同，裂紋的最大寬度是1.0 mm。通過(guò)全面調(diào)查后對(duì)裂紋實(shí)施準(zhǔn)確標(biāo)記，同時(shí)完成7 d觀測(cè)，詳細(xì)記錄裂紋發(fā)生的變化，最后得出裂紋未出現(xiàn)持續(xù)發(fā)展跡象。

3 裂紋的形成原因分析

通過(guò)對(duì)2#承臺(tái)大體積混凝土形成的裂紋進(jìn)行調(diào)查分析，從而確定大體積混凝土裂紋的形成原因。

3.1 水化熱比較大

此項(xiàng)目中承臺(tái)混凝土澆筑量大約為1 300 m3，厚度>2.0 m，而混凝土導(dǎo)熱性能不良，在混凝土凝結(jié)硬化階段會(huì)形成大量的水化熱[1]，由于混凝土內(nèi)部集聚了大量熱量難以有效散出，就造成大體積混凝土表面溫度與內(nèi)部溫度出現(xiàn)較大差別，因此就會(huì)形成溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力比混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度大，就容易使大體積混凝土形成裂紋。

3.2 配合比缺少合理性

配合比直接關(guān)系到大體積混凝土裂紋的形成。通過(guò)試驗(yàn)分析可知，此橋梁項(xiàng)目中承臺(tái)大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題為：(1)水灰比較大，利用試驗(yàn)確定理論配合比之后，施工配合比沒(méi)有結(jié)合材料含水量實(shí)際情況微調(diào)，從而導(dǎo)致配合比中水灰比增大；(2)配合比設(shè)計(jì)中細(xì)骨料用量比較多，導(dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)收縮，從而形成了混凝土裂紋。

3.3 水分蒸發(fā)干縮

當(dāng)水泥漿水分蒸發(fā)后就會(huì)發(fā)生干縮現(xiàn)象，同時(shí)此種干縮屬于不可逆現(xiàn)象。干縮裂紋的形成是因?yàn)榇篌w積混凝土內(nèi)部、外部水分蒸發(fā)的程度不均勻，從而造成大體積混凝土變形[2]。承臺(tái)大體積混凝土受到外部環(huán)境條件的影響，其表面水分的流失速度比較快，產(chǎn)生的變形也偏大，而內(nèi)部溫濕度變化幅度較小，形成的變形也偏小，由于表面干縮變形較大受混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部約束，兩者之間形成對(duì)拉應(yīng)力，從而就導(dǎo)致大體積混凝土裂紋的形成。

3.4 塑形收縮

通?；炷两K凝之前基本無(wú)強(qiáng)度或者是強(qiáng)度較小，由于受到高溫、大風(fēng)等條件的影響，加快了混凝土結(jié)構(gòu)表面水分流失速度，導(dǎo)致毛細(xì)管形成較大負(fù)壓，從而引發(fā)混凝土體積迅速收縮，加之此階段的混凝土強(qiáng)度無(wú)法抵消收縮，因此就會(huì)形成混凝土裂紋。

3.5 振搗與養(yǎng)生操作不當(dāng)

承臺(tái)大體積混凝土在振搗過(guò)程中存著漏振、過(guò)振現(xiàn)象，造成混凝土密實(shí)度不達(dá)標(biāo)，也會(huì)引發(fā)混凝土裂紋問(wèn)題。同時(shí)混凝土達(dá)到終凝狀態(tài)之后，需要實(shí)施二次抹面，此過(guò)程中可能會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)收縮裂紋[3]。此外，混凝土養(yǎng)生操作不當(dāng)，也可能會(huì)導(dǎo)致混凝土表面過(guò)于干燥而形成干燥裂紋。

4 裂紋預(yù)防措施

4.1 優(yōu)化配合比，減少水化熱材料的用量

具體措施為：(1)控制水灰比，以不影響大體積混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為前提，盡可能降低水灰比；(2)采用低熱水泥與粉煤灰水泥，按照配合比設(shè)計(jì)規(guī)定要求，從合理范圍之內(nèi)增加粉煤灰用量，以及控制水泥用量；(3)采用級(jí)配性能較好的集料，根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)研究可知，連續(xù)級(jí)配、碎石粒徑的范圍為5～40 mm以及中粗砂細(xì)度模數(shù)為2.3～3.7，單位體積混凝土中水泥的用量能夠降低28～35 kg，而水的用量能夠減少20～25 kg，整體效益較為可觀[4]。因此以滿(mǎn)足配合比設(shè)計(jì)基本要求為基礎(chǔ)，合理提升粗骨料的用量；(4)加入適量的減水劑等相關(guān)外加劑，以達(dá)到混凝土性能的有效改善。

4.2 混凝土施工控制措施

需要采用下述幾種有效措施：(1)避免混凝土干燥收縮。為了能夠使混凝土澆筑施工階段表面溫度和外界溫度之間的差值<25 ℃，就需要提前對(duì)基層與模板實(shí)施澆水處理，同時(shí)保證均勻、濕透；(2)結(jié)合基礎(chǔ)尺寸選擇分層澆筑振搗方式，以及斜面推進(jìn)施工方法(見(jiàn)圖1所示)，各層的厚度≯40 cm，同時(shí)斜面坡度處于1∶6～1∶8，以達(dá)到加快散熱、降低水化熱以及減小內(nèi)外溫度差目的，防止形成溫差應(yīng)力，從而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂紋；(3)合理設(shè)置冷卻水管(見(jiàn)圖2所示)，結(jié)合承臺(tái)基礎(chǔ)厚度實(shí)際情況，以每層80 cm設(shè)置冷卻水管，通過(guò)水泵進(jìn)行抽水試壓，同時(shí)進(jìn)水口與出水口的溫度之差處于5～10 ℃，由承臺(tái)基礎(chǔ)混凝土澆筑開(kāi)始到澆筑結(jié)束后，即15 d內(nèi)持續(xù)性注水，并確保水溫符合要求[5]。

圖1 分段分層澆筑方式

圖2 冷卻水管設(shè)置

4.3 振搗及養(yǎng)生措施

高度重視混凝土施工技術(shù)人員培訓(xùn)，要求其全面了解與掌握插入式振搗操作方法，嚴(yán)格貫徹“快插慢拔”與“直上直下”的基本原則，同時(shí)插點(diǎn)必須均勻，上下應(yīng)插動(dòng)，層層需扣搭。合理控制混凝土振搗時(shí)間，以確保混凝土密實(shí)度符合要求。插入式振搗器實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，移動(dòng)距離需要小于振動(dòng)器半徑1.5倍，同時(shí)和側(cè)模之間的距離處于5～10 cm間，采取保護(hù)措施避免預(yù)埋件或是鋼筋破損，振搗器插入到下層混凝土的深度控制為5～10 cm。此外，混凝土所有部位都要進(jìn)行密實(shí)振搗，保證混凝土無(wú)下沉、無(wú)氣泡及無(wú)泛漿，表面平整。

表面抹面：在大體積混凝土初凝時(shí)選擇木抹子實(shí)施首次抹壓，提升面層的密實(shí)度。同時(shí)在混凝土達(dá)到終凝之前，完成第二次抹壓，進(jìn)一步提升混凝土面層的密實(shí)度。

大體積混凝土澆筑施工結(jié)束7～28 d，需要從其表面覆蓋一層塑料薄膜或者是潮濕草墊等，使混凝土終凝之前始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)，同時(shí)安裝遮陽(yáng)與防風(fēng)措施，以免混凝土表面水分快速流失而形成裂紋。

5 裂縫處治措施

5.1 表面修補(bǔ)技術(shù)

墩身預(yù)埋鋼筋部位的裂紋，主要選擇鑿除處理方式，并合理增加鑿除深度，然后重新噴射混凝土進(jìn)行修補(bǔ)；針對(duì)頂面混凝土裂紋，應(yīng)從其表面進(jìn)行瀝青噴涂處治。

5.2 注漿法

承臺(tái)側(cè)面寬度超過(guò)0.3 mm的混凝土裂紋，應(yīng)選用裂縫灌注環(huán)氧樹(shù)脂以及表面噴涂瀝青的處治技術(shù)方案。首先通過(guò)高壓氣槍將混凝土裂紋位置的雜質(zhì)清理干凈，然后利用自動(dòng)注膠器把環(huán)氧樹(shù)脂由混凝土裂紋的一端灌填到另外一端，此過(guò)程中應(yīng)確保裂紋內(nèi)部無(wú)氣泡，當(dāng)灌縫膠達(dá)到凝結(jié)硬化狀態(tài)之后，從其表面均勻噴涂瀝青，見(jiàn)圖3所示。

圖3 注漿

6 總 結(jié)

針對(duì)承臺(tái)大體積混凝土裂紋問(wèn)題，從配合比優(yōu)化，減少水化熱材料用量、加強(qiáng)混凝土施工、振搗以及養(yǎng)護(hù)控制，同時(shí)采取表面修補(bǔ)與注漿法進(jìn)行混凝土裂紋處治，能夠?qū)崿F(xiàn)承臺(tái)大體積混凝土裂紋的有效防治，為類(lèi)似項(xiàng)目提供了借鑒。