郭　靖

摘要：本文介紹了鄭西客運(yùn)專線高性能混凝土橋墩裂縫產(chǎn)生的原因及預(yù)防緩解措施，以引起后續(xù)工程施工的重視，為今后類似工程的施工積累經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土；橋墩；裂縫

1前言

鄭西客運(yùn)專線為我國即武廣之后的第二條高速鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h，運(yùn)營使用壽命為100年。鄭西客運(yùn)專

線的建設(shè)在我國鐵路建設(shè)史上具有劃時(shí)代的歷史意義，結(jié)構(gòu)物施工中所用混凝土均為高性能混凝土。高性能混凝土是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，通過改善混凝土的特性來提高混凝土結(jié)構(gòu)物的使用壽命，是以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對不同用途的要求，對特殊性能有重點(diǎn)的加以保證。高性能混凝土本身應(yīng)具備六大指標(biāo)：①抗裂性②護(hù)筋性③耐久性④抗凍性⑤耐磨性⑥抗堿—骨料反應(yīng)。高性能混凝土六大指標(biāo)決定其具有四大特點(diǎn)：①高耐久性②高工作性③高強(qiáng)度④高勻質(zhì)性。

做為一種新型建筑材料，同以往所使用普通混凝土相比，高性能混凝土工作性能本身具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，抗裂性能、抗氯離子滲透性能、抗堿骨料反應(yīng)性能、護(hù)筋性能、抗凍性能、相對耐久性都有了顯著的提高，但作為一種建筑材料，本身也必然的存有一定的缺陷，如對使用環(huán)境要求更為嚴(yán)格、材料質(zhì)量、材料溫度、混凝土拌合、混凝土運(yùn)輸、混凝土澆筑振搗的要求相對更為嚴(yán)格。 由于施工環(huán)境、氣候、施工工藝、混凝土材料組成、混凝土配合比、高性能混凝土早期強(qiáng)度低的特性等因素可能會造成一些混凝土結(jié)構(gòu)物施工缺陷，橋墩混凝土裂縫就是一種通病。本文就此混凝土產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行了調(diào)查分析，提出了緩解混凝土裂縫的措施，僅供參考。

2裂縫調(diào)查情況

由于在其他工程項(xiàng)目施工所用的混凝土均為普通混凝土，已有比較完善的施工工藝和管理體系，且具有較為豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。但高性能混凝土施工在鄭西客運(yùn)專線還是首次，可借鑒的知識和經(jīng)驗(yàn)相對較少，有許多地方還需邊學(xué)、邊干、邊研究，高性能混凝土橋墩施工就是一個(gè)例子。鄭西客運(yùn)專線的橋墩設(shè)計(jì)長為13.2m，寬度3.5m，高度4m～34m不等。橋墩分實(shí)心墩和空心墩，橋墩截面為圓型或圓端型。由于是首次施工，所以特別關(guān)注，施工前進(jìn)行了實(shí)心墩和空心墩的試驗(yàn)墩澆筑。澆筑時(shí)間為2007年6月18日，環(huán)境環(huán)境溫度26℃，混凝土入模溫度28.3℃，模板溫度27.5℃，各項(xiàng)指標(biāo)滿足客專技術(shù)條件要求?？招亩崭叨?4.8m，混凝土方量149.8m3，實(shí)心墩高度6.5m，混凝土方量102.5m3。

混凝土澆筑完畢于7月22拆模，拆模強(qiáng)度23.8Mpa，大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，外觀顏色均勻統(tǒng)一，表面質(zhì)量較好，達(dá)到了預(yù)期的澆筑試驗(yàn)?zāi)康摹２鹉：罅⒓从猛敛歼M(jìn)行包裹，土工布外用塑料薄膜進(jìn)行包裹，后飽水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤。每日對混凝土表面進(jìn)行觀察，4天后實(shí)心墩表面出現(xiàn)一條環(huán)向裂紋，長度33cm，寬度0.1mm，經(jīng)每日觀察，裂紋有繼續(xù)發(fā)展趨勢。7天后墩身中間位置距承臺高2.5m向上出現(xiàn)一條長度28cm，寬度0.1mm豎向裂紋, 經(jīng)每日觀察，裂紋也有繼續(xù)發(fā)展趨勢。14天后兩條裂紋發(fā)展趨于穩(wěn)定，環(huán)向裂紋，長度58cm，寬度0.2mm，豎向裂紋長度63cm，寬度0.2mm?？招亩找恢蔽匆娪辛鸭y出現(xiàn)。

3裂縫成因及預(yù)防措施

由于墩身基礎(chǔ)為鋼筋混凝土半剛性基礎(chǔ)，首先排除了基底不實(shí)和沉降變形的可能，附近無放炮和山體位移等外界影響，排除了外力造成裂縫的可能性。根據(jù)裂縫的特征和規(guī)律分析與混凝土原材料、高性能混凝土本身的特性、結(jié)構(gòu)物的形式和外界環(huán)境等因素有關(guān)。

3.1混凝土原材料的影響

3.1.1水泥的影響

混凝土強(qiáng)度等級設(shè)計(jì)為C30，水泥用量較小，243kg/m3，采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其早期的水化熱和水化速度相對較快，混凝土內(nèi)部早期蓄熱量較大，引起墩身內(nèi)部溫度較高。

3.1.2骨料的影響

骨料在混凝土中占絕對數(shù)量，它的形狀、大小、級配以及熱學(xué)性能對混凝土的膨脹收縮至關(guān)重大。粗骨料采用硅質(zhì)石灰?guī)r，飽水單軸抗壓強(qiáng)度135.8Mpa，含泥量0.6%，無堿骨料反應(yīng)有害物質(zhì)存在，級配良好，最大公稱粒徑31.5mm；砂子為水洗河砂，細(xì)度模數(shù)2.6～2.8,含泥量0.8%，無堿骨料反應(yīng)有害物質(zhì)存在，級配良好。骨料對混凝土裂縫的影響較小。

3.1.3當(dāng)?shù)貧夂驐l件的影響

河南地區(qū)六月中旬為旱季,氣候干燥，容易造成混凝土內(nèi)部失水過快，形成混凝土養(yǎng)生補(bǔ)水小于混凝土內(nèi)部失水，混凝土快速水化水量不足引起混凝土表面收縮增大，形成表面收縮裂縫。

3.2 高性能混凝土特性影響

高性能混凝土與普通混凝土最大的區(qū)別是在材料組成上引入了大量礦粉、粉煤灰替代水泥，由于礦物摻合料早期水化速度相對較慢，導(dǎo)致混凝土早期強(qiáng)度相對較低，早期抵抗外界影響能力較低，成為誘發(fā)混凝土出現(xiàn)裂縫的一重要因素。

3.3結(jié)構(gòu)物型式影響

實(shí)心橋墩設(shè)計(jì)均為大體積混凝土，混凝土方量大，內(nèi)部水化溫度高，設(shè)計(jì)上又無特殊散熱處理，橋墩為圓型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部散熱相對較慢，從而極易形成溫度膨脹、收縮裂縫。

3.4溫差梯度、濕度梯度影響

惡劣的氣候環(huán)境使得混凝土內(nèi)外溫差梯度和濕度梯度加大，加劇了混凝土表面的干縮，也是導(dǎo)致混凝土裂縫的主要原因之一。

3.5混凝土施工方法和工藝的影響

3.5.1混凝土配合比的影響

混凝土配制時(shí)所選參數(shù)對混凝土結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量有著直接的影響，如砂率過小，不易施工操作，砂率過大，單位體積混凝土內(nèi)骨料比表面積增大，混凝土的收縮相對增大，容易在混凝土表面出現(xiàn)開裂；如膠凝材料用量過大，不但引起混凝土芯部溫度升高，而且混凝土的收縮也相對增大，容易在混凝土表面出現(xiàn)開裂；對于C30強(qiáng)度等級以上混凝土，粗骨料的粒徑宜為31.5mm以下，不宜過大，單位質(zhì)量的粗骨料比表面積有所增大，顆粒數(shù)目增多，雖然比表面積增大但對混凝土的收縮影響不大，而粗骨料顆粒數(shù)量適量增多，對限制混凝土收縮有較大貢獻(xiàn)。

3.5.2供料速度及連續(xù)性的影響

橋墩一次性灌筑的混凝土的方量較大，施工時(shí)間比較長，混凝土失水快、收漿快，混凝土采用罐車運(yùn)輸,如果供料不及時(shí)，澆筑不連續(xù)，就容易使混凝土產(chǎn)生冷接縫，形成薄弱層，由于上下混凝土的收縮不同，在薄弱層的表面極易形成收縮裂紋。

3.5.3拌合物不均勻影響

由于混凝土拌合所用骨料的含水率不同，變化性較大，雖然采用了混凝土集中拌合，電子計(jì)量上料，但仍然存在由于骨料含水率不均勻而產(chǎn)生的混凝土工作性能差異，導(dǎo)致混凝土的坍落度、凝結(jié)時(shí)間、拌合物漿體的差異，這些差異對混凝土表面出現(xiàn)裂縫有不同程度的影響。

3.5.4漏振與過振的影響

漏振使局部混凝土勻質(zhì)性差，容易產(chǎn)生不規(guī)則裂縫；過振使混凝土中石子下沉，砂漿上浮，表面泌水量加大。砂漿的收縮大約是混凝土的3倍。因此，砂漿量過于集中的層面極易形成貫穿縱向（環(huán)向）裂縫。

3.5.5養(yǎng)護(hù)不及時(shí)的影響

在客觀條件下，混凝土拆模前隱藏著有潛在裂縫，拆模后如果養(yǎng)護(hù)不到位，等于是“雪上加霜”，將使混凝土裂縫寬度加大，數(shù)量增多。但有時(shí)在養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)上容量造成一種視覺假象，養(yǎng)護(hù)時(shí)雖然混凝土表面始終處于濕潤狀態(tài)，但由于混凝土本身內(nèi)部毛細(xì)作用也再同時(shí)向外透水，形成補(bǔ)水、透水的一種循環(huán)，如內(nèi)部透水大于外部補(bǔ)水，養(yǎng)護(hù)工作便失去了作用，但給人的視覺還是在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。這樣容易形成養(yǎng)護(hù)不到位的養(yǎng)護(hù)裂縫。

4混凝土裂縫的預(yù)防和緩解措施

針對高性能混凝土橋墩表面出現(xiàn)裂縫的成因，在施工過程中加強(qiáng)原材料進(jìn)場檢驗(yàn)，并完善施工工藝，具體措施預(yù)防如下。

4.1原材料進(jìn)行過程質(zhì)量控制

4.1.1水泥采用河南仰韶P.O 42.5水泥。該水泥早期消化熱較低。

水泥性能復(fù)檢試驗(yàn)結(jié)果見表1。

4.1.2骨料：細(xì)骨料采用級配良好的水洗河砂，細(xì)度模數(shù)2.6～2.8,含泥量0.6～1.2%；粗骨料采用粒徑31.5mm以下級配良好的硅質(zhì)石灰?guī)r，針片狀含量滿足高性能混凝土用粗骨料要求，并使其空隙率減至最小。加強(qiáng)材料進(jìn)場控制，引導(dǎo)采石場生產(chǎn)粒形良好、級配合理、針片狀含量滿足要求的碎石，對進(jìn)場的碎石分級堆放，分級使用。

（1）細(xì)骨料采用河南洛河砂場二區(qū)中砂。砂試驗(yàn)結(jié)果見表2

（2）粗骨料 采用河南西陽碎石場二級配的碎石復(fù)配成5-25mm連續(xù)級配碎石,最大公稱粒徑25mm石灰?guī)r碎石，粗骨料試驗(yàn)結(jié)果見下表。根據(jù)復(fù)配結(jié)果，以方案一復(fù)配結(jié)果為理想級配。

碎石的品質(zhì)及有害物復(fù)檢結(jié)果見表4

4.1.3合理選用外加劑：不同外加劑品種對混凝土收縮影響區(qū)別較大，應(yīng)首選緩凝型聚羧酸系高效減水劑。因減水劑可以降低混凝土拌和用水，降低水膠比，提高混凝土抗?jié)B性能和抗拉強(qiáng)度，對減小混凝土收縮十分有利。但過分摻入，混凝土泌水率加大從而增加沉降變形。引氣劑也可摻用，混凝土中適量引進(jìn)含氣量可以減小混凝土泌水沉降，有利于防止混凝土收縮開裂，有利于提高混凝土耐久性。

減水劑采用山東菏澤聯(lián)強(qiáng)聚羧酸減水劑。

外加劑性能復(fù)檢結(jié)果見表5

4.1.4摻加礦物摻合料：以磨細(xì)礦渣粉、優(yōu)質(zhì)粉煤灰替代部分水泥可以降低混凝土早期水化熱，降低和推遲混凝土水化熱峰值點(diǎn)，有效降低混凝土出現(xiàn)收縮裂縫的機(jī)率。

（1）礦渣粉礦渣粉采用山西長治鋼鐵瑞昌有限公司S95級礦渣粉

礦渣粉性能復(fù)檢結(jié)果見表6

（2） 粉煤灰采用河南洛陽發(fā)電廠I級粉煤灰。

粉煤灰性能復(fù)檢結(jié)果見表7

4.2 混凝土配合比計(jì)量控制：

對混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化，在滿足工作性能、強(qiáng)度等物理力學(xué)指標(biāo)的前題下，盡可能采用較低砂率、低膠材用量、低用水量，低坍落度。試驗(yàn)人員加大骨料含水率的測試，及時(shí)根據(jù)骨料含水率的變化對施工配合比調(diào)整，保證混凝土均勻穩(wěn)定。

4.3施工過程控制

4.3.1采用混凝土集中拌合，微機(jī)控制上料，保證混凝土計(jì)量準(zhǔn)確，和易性穩(wěn)定。

4.3.2合理安排施工機(jī)具、澆筑工序，保持混凝土澆筑的連續(xù)性。

4.3.3適當(dāng)延長拌合時(shí)間，合理安排振搗，合理選定拆模時(shí)間，避開大風(fēng)時(shí)段拆模。

4.4.4加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)措施，避免混凝土過早失水。橋墩應(yīng)采用噴施養(yǎng)護(hù)劑或蒙裹塑料薄膜的方法，不宜單純采用灑水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面始終濕潤，保證養(yǎng)護(hù)補(bǔ)水量大于混凝土內(nèi)部毛細(xì)作用透水量。

5控制效果

試驗(yàn)墩澆筑暴露出了混凝土施工中所存在的一些問題，根據(jù)這些問題，通過對混凝土原材料、混凝土配合比的優(yōu)化調(diào)整，加強(qiáng)高性能強(qiáng)度混凝土橋墩施工各個(gè)環(huán)節(jié)的控制，消除了表面裂縫產(chǎn)生的成因，有效的保證了施工質(zhì)量，具有良好的社會推廣價(jià)值。