李 波

(中鐵十二局集團第一工程有限公司，陜西西安 710025)

0 引言

隨著我國工程建設技術(shù)的不斷進步，橋梁工程向著大跨度的方向不斷地發(fā)展，箱梁的應用也越來越廣泛。混凝土箱梁具有跨徑大、結(jié)構(gòu)輕盈、承載能力強、經(jīng)濟合理及施工簡單等優(yōu)點，但在實際應用過程中，混凝土箱梁也會有結(jié)構(gòu)的弊端，尤為突出的是裂縫問題。箱梁裂縫的出現(xiàn)不僅破壞了橋梁的美觀，而且嚴重影響箱梁混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，最終危及結(jié)構(gòu)的使用安全。因此，分析混凝土箱梁裂縫的產(chǎn)生原因，需找合理有效的裂縫控制措施，從而保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量安全。

預應力混凝土箱梁在現(xiàn)代鐵路、城際軌道交通建設中得到廣泛使用。本文就蘭新客專預應力混凝土簡支箱梁生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的裂縫進行原因分析和試驗，探討并提出了相應的防治措施，總結(jié)出施工現(xiàn)場預應力混凝土箱梁的養(yǎng)護方法，為今后施工提供技術(shù)參考。

1 預制箱梁裂縫產(chǎn)生的類型

蘭新客專所設計雙線整孔預制箱梁具有技術(shù)標準要求高(強度、抗?jié)B、耐久性等要求高)、自重重、體積大、生產(chǎn)工藝復雜、工序時間長等特點。雙線整孔預制箱梁的這些特點，要求在箱梁預制及養(yǎng)護過程中避免產(chǎn)生裂縫。本文作者對梁場的預制箱梁前期施工生產(chǎn)出現(xiàn)裂縫的梁進行了裂紋抽檢試驗，經(jīng)試驗結(jié)果得到預制箱梁裂縫主要為干縮裂縫、溫度裂縫及塑性收縮裂縫。

1.1 干縮裂縫

干縮裂縫產(chǎn)生的機理很復雜，其主要成因是混凝土中水泥水化時在混凝土表面生成大量微細空隙，當其受環(huán)境溫度和濕度的影響，混凝土表面水蒸發(fā)變化引起混凝土體積收縮，而混凝土內(nèi)部水蒸發(fā)變化較小，體積收縮變形較小，導致混凝土表面和內(nèi)部因干縮變形產(chǎn)生應力差而出現(xiàn)裂縫。干縮裂縫產(chǎn)生在箱梁混凝土澆筑完畢時或箱梁蒸汽養(yǎng)護結(jié)束后的一段時間，其形狀為平行線狀或網(wǎng)狀淺細裂縫，寬度一般在0.1 mm～0.15 mm之間。箱梁混凝土出現(xiàn)干縮裂縫會影響其抗?jié)B性能，在環(huán)境因素的作用下，箱梁鋼筋會產(chǎn)生銹蝕，既而影響箱梁的耐久性。

1.2 溫度裂縫

箱梁混凝土在強度上升的過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱在結(jié)構(gòu)較厚的部位聚積，造成混凝土表面散熱較快，而混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，導致混凝土內(nèi)部溫度和表面溫度溫差很大，從而在混凝土表面產(chǎn)生較大的拉應力。當表面拉應力大于混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫多發(fā)生在箱梁養(yǎng)護及拆模過程中。這種裂縫一般在預制箱梁的頂板的端部、腹板倒角、混凝土大截面變化較大的交接部位出現(xiàn)較長溫度裂紋。

1.3 塑性收縮裂縫

預制箱梁梁體混凝土設計為高性能混凝土，它具有早期強度低、在混凝土終凝前，混凝土表面抗拉強度很小的特點，而混凝土中水泥水化產(chǎn)生大量的熱量導致混凝土表面水分急劇蒸發(fā)，當表面混凝土水分的蒸發(fā)速度遠遠大于內(nèi)部混凝土中水分遷移補充速度，就會造成混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土抗拉強度很小，無法抵抗其本身收縮，就會產(chǎn)生塑性收縮裂縫?；炷恋膹姸?、耐久性以及混凝土的整個性能都會因塑性收縮裂縫的存在受到影響。環(huán)境相對濕度、風速、混凝土水化熱是混凝土塑性收縮裂縫的主要成因;有試驗表明，當混凝土的溫度達到40℃，它要求環(huán)境的相對濕度要達到90%，否則就可能出現(xiàn)塑性收縮裂縫。

2 預制箱梁裂縫控制及預防

預制箱梁混凝土出現(xiàn)干縮裂縫由于梁體混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)而造成，溫度裂縫是混凝土內(nèi)部和表面的溫度差造成?？刂祁A制箱梁混凝土的裂縫，就是控制預制箱梁混凝土的溫度、環(huán)境溫度、相對濕度，就能有效的控制及預防箱梁預制及養(yǎng)護過程裂縫的產(chǎn)生。具體措施如下。

2.1 優(yōu)化混凝土配合比

1)混凝土內(nèi)摻入聚羧酸高效減水劑、一級粉煤灰和礦粉來降低水化熱，增加混凝土施工性能，延緩混凝土水化熱高峰值的出現(xiàn)時間。

2)選用低水化熱的水泥(本梁場選用的是祁連山和葛洲壩水泥廠的42.5級低堿普通硅酸鹽水泥);嚴格控制混凝土攪拌站材料計量(原材料累計計量允許偏差控制在±1%)，既而有效控制混凝土水灰比。

2.2 嚴格控制原材料儲存、混凝土攪拌和澆筑流程

在西北地區(qū)風沙大、早晚和中午溫差大，為了保證砂子和石料的儲存質(zhì)量，砂、石料采用全封閉的料倉存儲(為滿足冬季施工要求，料倉內(nèi)安裝蒸汽供暖設施)，混凝土攪拌站采用彩鋼保溫材料全封閉包裝;嚴格按照箱梁生產(chǎn)工藝細則中混凝土澆筑施工的要求進行施工，從一端向另一端、水平分層、斜向分段、兩側(cè)腹板對稱、連續(xù)澆筑，每層混凝土的澆筑高度不超過30 cm。同一斷面混凝土灌注順序為先腹板根部后底板，再腹板上部，最后頂板。32 m箱梁澆筑混凝土的時間控制在6 h以內(nèi)。

嚴格控制高頻振搗器振搗混凝土的時間、振搗棒插搗混凝土的時間，防止混凝土過振和漏振，保證預制箱梁混凝土結(jié)構(gòu)澆筑密實;梁體混凝土澆筑完后、混凝土初凝之前，對箱梁內(nèi)腔底面和箱梁橋面進行二次、三次抹壓，隨抹壓隨覆蓋薄膜及土工布，使混凝土在終凝前保持表面濕潤;在高溫和大風天氣要做好遮陽和擋風措施，在澆筑完畢后及時覆蓋蒸養(yǎng)棚并開始蒸汽養(yǎng)護。

2.3 選擇合適的時間段澆筑混凝土、控制混凝土入模溫度和拆模時間

在西北酒泉地區(qū)，利用其自然優(yōu)勢，中午氣溫高、早晚氣溫低。夏天澆筑梁體混凝土選擇在傍晚至凌晨時間段施工、春秋季節(jié)澆筑混凝土選擇在上午至傍晚時間段施工，保證混凝土的入模溫度在30℃以內(nèi)、模板溫度在35℃以內(nèi)。對水泥、砂、石的儲料倉、料堆進行遮陽處理，在攪拌混凝土的用水中加入碎冰來達到降溫效果。冬季施工時，混凝土入模溫度應控制在10℃以上、模板溫度在5℃以上，采用對拌合水、原材料加熱、模板加熱等措施來提高混凝土的入模溫度和模板溫度。

選擇在一天中氣溫高的時候拆模，避免環(huán)境溫度和混凝土表面溫度、混凝土表面溫度和芯部溫度、箱梁內(nèi)腔溫度和環(huán)境溫度兩兩之間的相對溫差過大(規(guī)范要求，兩兩相互之間溫差不大于15℃)而造成溫差裂紋。

3 箱梁混凝土的養(yǎng)護技術(shù)

從各類裂縫產(chǎn)生的原因分析不難得出，預制箱梁的養(yǎng)護是非常必要和非常重要的一項工作，養(yǎng)護工作的好壞直接或間接影響到預制箱梁混凝土的強度、耐久性、抗?jié)B性等性能。預制箱梁養(yǎng)護方法主要有棚罩保濕、保溫養(yǎng)護法和涂刷混凝土養(yǎng)護液養(yǎng)護法。

箱梁混凝土需要在早期就進行保濕、保溫養(yǎng)護。大量的試驗證明，預制箱梁混凝土澆筑完后，混凝土初凝之前，在其橋面及內(nèi)腔很快使用水進行保濕養(yǎng)護，這種做法會導致混凝土表面灰漿將粉化或淺表層剝落，因此，不能直接在剛澆筑混凝土暴露的表面使用水養(yǎng)護。針對西北地區(qū)氣候干燥、混凝土表面水分易散發(fā)，晝夜溫差大，易導致混凝土早期失水過快產(chǎn)生收縮裂縫，本制梁場具體做法是混凝土澆筑結(jié)束且在混凝土初凝前對預制箱梁內(nèi)腔底面和蕎面進行二次收面，而后立即攤鋪薄膜密封混凝土暴露面進行保濕、并及時用蒸養(yǎng)棚覆蓋箱梁頂板和兩端部(制梁臺兩側(cè)采用10 cm厚保溫彩鋼材料形成固定保溫墻)進行保溫養(yǎng)護。在冬季施工時，按照設計溫度梯度進行蒸汽養(yǎng)護。為加快制梁臺座和模板的周轉(zhuǎn)率，梁體混凝土強度達到設計強度的80%時就轉(zhuǎn)移到存梁臺座上。

為了保證梁體混凝土的后期強度能達到設計強度和預防混凝土出現(xiàn)裂紋，梁體在存梁臺位上也必須進行養(yǎng)護，養(yǎng)護期不少于14 d。本工程對梁體外側(cè)面和梁底面采用棚罩法噴淋保濕養(yǎng)護、箱梁內(nèi)腔空間灌水罩端養(yǎng)護、梁體頂面采用土工布覆蓋灑水保濕養(yǎng)護。

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場抽檢試驗分析和實踐，歸納出因環(huán)境溫度、相對濕度等原因?qū)е骂A制箱梁生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各類裂縫，總結(jié)經(jīng)驗取得相應的控制和防治措施，在后期預制箱梁的過程中出現(xiàn)混凝土裂縫現(xiàn)象明顯減少。總結(jié)出在西北干旱施工環(huán)境條件下，不斷的改進創(chuàng)新，改變養(yǎng)護施工工藝，制造出滿足相應規(guī)范要求的預應力混凝土箱梁。

［1］鐵科技［2004］120號，客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術(shù)條件［S］.

［2］科技基［2005］101號，客運專線高性能混凝土暫行技術(shù)條件［S］.

［3］孫長利.預應力混凝土箱梁早期裂縫預防措施研究［J］.山西建筑，2013，39(16):166-168.

［4］黎均權(quán).預應力混凝土箱梁裂縫成因分析及控制措施［J］.建筑學研究前沿，2013(1):45.