王瑞清

【摘要】本文介紹高性能混凝土所用的原材料選擇，配合比設計，對理論配合比進行裂紋計算分析，明確現場施工過程具體控制措施，施工現場墩身實際出現的裂紋統(tǒng)計分析，采取的具體處理措施。

【關鍵詞】高性能混凝土；墩身裂紋；預防；處理

一、工程概況

涼水河特大橋施工范圍為DK21+454.97～DK43+018.09，全長21563.12米，中心里程DK32+236.52，主要跨越涼水河和北京六環(huán)道路及多條主要干道，全橋共計2個臺、665個墩共666跨。橋臺采用雙線一字形橋臺，墩身為實心墩，采用直坡到底的等截面圓端形，托盤、頂帽形式采用矩形截面，四周抹圓角并與墩身截面順接。墩身截面尺寸絕大部分為2×6m，高度在3m～12.5m之間，均采用高性能混凝土。本工程高性能混凝土設計壽命為100年，在耐久性及裂紋的控制方面與普通混凝土相比有很高的要求。

二、施工地域、季節(jié)

涼水河特大橋地處北京地區(qū)，施工時間從05年12月到07年4月，施工過程歷經炎熱的夏季和寒冷的冬季。根據以往資料顯示，北京地區(qū)年最高和最低氣溫分別為39.5℃和-16.6℃，在這樣惡劣的自然條件下進行如此高要求的混凝土施工，并且要確?；炷翝M足各項質量要求，確?；炷敛婚_裂，困難極大。

大體積高性能混凝土的裂紋控制應從原材料、混凝土配合比、施工工藝三方面采取措施。

三、原材料的質量要求：

本工程中使用的普通硅酸鹽水泥除滿足國家標準外，對水泥的堿含量比表面積熟料中的C3A含量等指標進行了補充試驗，共選擇的7種水泥進行補充試驗，有三種水泥的試驗指標能滿足要求，其中鼎新水泥比表面積344m2/kg≤350 m2/kg，堿含量：0.52%≤0.8%，熟料中的C3A含量7.3%≤8%。

礦物摻合料的使用首先是高性能混凝土耐久性的需要，摻入粉煤灰的混凝土強度發(fā)展較慢。早期彈性模量較小，抗應變的能力強，不易開裂。粉煤灰的細度，對混凝土的和易性有較大影響，同時燒失量和需水量也是反映粉煤灰質量的重要指標，粉煤灰的燒失量越大，表明含碳量越高，需水量越大，混凝土容易產生收縮裂紋，現在注重粉煤灰細度的同時，更應控制其燒失量和需水量。一般情況下礦碴越細，活性越高，在一定摻量范圍內，高細度的磨細礦碴混凝土強度隨摻量的增大而提高，全混凝土相應的溫升、化學收縮和自收縮也增加，所以在控制混凝土的比表面積，通過原材料的試驗，選擇的粉煤灰細度1.7%<2.0%。燒失量4.6%<5%，需水量比95%<105%，礦碴混凝土比表面積350m2/kg<494 m2/kg<500m2/kg。

高效外加劑在高性能混凝土中合一摻加具有減水率高，坍落度損失小，適量引氣，能提高混凝土的工作性和勻質性，減少用水量，降低混凝土水分蒸發(fā)，產生的收縮裂縫，我部經過原材料檢驗合格的高效外加劑，減水率24.2%≥20%，含氣量5.7%≥4.5%。

本工程的高性能混凝土為了獲得較好的工作性能，采用了細度模數為2.3～3.1的中粗砂，為了獲得良好的級配，采用了5～10mm，10～20mm，20～31.5mm三種級配的碎石，按2：7：1地行混合形成連續(xù)的碎石級配，經過篩選砂碎石的含泥量和泥塊含量均能滿足要求。

在對粗細骨料進行原材料檢測時，碎石的堿一硅酸反應砂漿棒膨脹率為0.25%>0.1%，由于擬定的配合比采取了抑制堿—骨料反應的技術措施，即摻加了礦物摻合料及復合外加劑。為了判別配合比是否滿足要求，計算混凝土中包括水泥、礦物摻合料，外加劑、水的堿含量之和1.59kg/ m3≤3.0kg/ m3，取骨料做了礦物摻合料及外加劑抑制堿骨料反應有效性試驗，試件長度膨脹率為0.03%<0.1%滿足要求。

四、配合比優(yōu)選

混凝土的技術性能在很大程度上是由原材料的性質及相對含量決定的，混凝土配合比應根據混凝土的原材料品質，混凝土實際強度等級、耐久性等的要求進行試拌選定。

高性能混凝土配合比的選定應遵循以下基本原則：

⑴ 為提高混凝土的耐久性，改善混凝土的抗裂性，混凝土中應適量摻加優(yōu)質的粉煤灰、礦粉等礦物摻和料；

⑵ 不同的混凝土強度和環(huán)境條件等級，混凝土的最大水膠比和最大膠凝材料用量必須滿足規(guī)范要求。

⑶ 混凝土中宜摻入能提高混凝土耐久性能的高效外加劑，優(yōu)先選用多功能復合外加劑；

根據以上混凝土配合比選定的原則和確定的原材料，經試驗室多次試拌，并對混凝土試塊進行了56天強度和耐久性檢測后確定的配合。

根據選定的高性能混凝土配合比，通過理論計算分析混凝土是否會產生裂紋，首先計算混凝土的水泥水化熱絕熱升溫值、各齡期的收縮變形值，收縮當量溫差和彈性模量，其次計算可能產生的最大溫度收縮應力，如不超過混凝土的抗拉強度，則表示所采用的原材料及配合比有效控制裂紋的出現；如超過則需要采取調整混凝土的澆筑溫度或降低水化熱溫升值，降低內外溫差，改善施工操作工藝等技術措施并重新計算直至計算應力在允許范圍以內為止。

⑴ 混凝土各齡期的抗拉強度R（t）

⑵ 水化熱溫升值（℃）

⑶ 各齡期混凝土收縮變形值

各齡期混凝土的收縮變形值隨許多具體條件和因素的差異而變化，一般可按下列指數函數表達式計算：

⑷ 各齡期混凝土收縮當量溫差Ty（t）

當量溫差是將混凝土收縮產生的變形，換算成相當于引起同樣應變所需溫度，以便按溫差計算溫度應力。

⑸ 各齡期混凝土彈性模量

⑹ 露天養(yǎng)護期間混凝土降溫收縮應力

⑺ 露天養(yǎng)護期間混凝土產生的降溫收縮應力：

⑻ 安全度K

經過計算，混凝土的各個齡期的溫度收縮應力均小于C30混凝土對應各齡期設計抗拉強度且安全度k均大于1.15，此方案在理論上是可行的。

五、模板制作、安裝

由于墩（臺）身高度最高為

⑴模板制作：模板采用精加工，在特制胎模上制作，嚴格控制模板的表面光潔度及拼縫的平整、密實度。

⑵模板試拼：模板加工完成后，應試拼裝，經驗收合格后，運抵現場使用；

⑶模板處理：模板使用前進行細致的除銹、涂油處理，保證模板表面光亮無污染；

⑷模板安裝：墩身、帽模板采用吊機整體安裝，模板接縫采用栓接；按照設計要求的位置布置拉桿，并將拉桿上緊上牢。

⑸調模：在測量人員的配合下，調整已經立好的模板，首先調整模板的位置與標高，然后調整模板各斷面的尺寸，調整達到要求后，將模板固定，對模板間接縫進行嵌縫處理。

六、混凝土澆筑方法

混凝土采用混凝土攪拌運輸車運輸，混凝土泵車泵送澆筑。

混凝土灌注前，對模板、鋼筋、預埋件進行詳細檢查，模板內的雜物應清除干凈，辦理好簽證手續(xù)；混凝土攪拌運輸車、混凝土泵車、振搗設備應有備用，并對施工人員進行技術交底。

⑴泵送管管口距離澆注混凝土面高度不大于2m；必要時用PVC管做串筒泵管直接接至墩身內，泵管頂口設漏斗接混凝土。吊掛于腳手平臺上。混凝土灌注時不得固定在一點下料，不得用振動棒向四周推趕混凝土。

⑵墩身帽混凝土澆筑

采用水平分層澆注，混凝土的一次攤鋪厚度在30cm左右。混凝土的振搗采用插入式振搗器，每次振搗時，以不擾動下層混凝土為主，插入下層深度在5～10cm。振搗棒移動間距不超過振動棒作用半徑的1.5倍，與模板間應保持10～15cm的距離，應避免振搗棒碰撞模板、鋼筋和預埋件，振搗要均勻，以混凝土停止下沉、不再冒氣泡、表面平坦、泛漿為度，防止過振和欠振現象。在振搗過程中應經常檢查模板、預埋件及內外支撐和拉桿的支撐情況，有異常及時處理。

⑶混凝土養(yǎng)護

混凝土澆注完畢初凝前采用二次趕壓抹光，控制表面收縮裂紋，減少水分蒸發(fā)，改善養(yǎng)護?；炷脸跄?，加強保溫保濕養(yǎng)護，先在其表面覆蓋一層薄膜，一層草袋，再一層薄膜，最后一層草袋。下層薄膜防止水分蒸發(fā)，上層薄膜隔離低溫雨水，同時使表面已升高的溫度不易散失，有效地減少內外溫差。常溫下養(yǎng)護時間不少于7天，如溫度持續(xù)較低，要延長養(yǎng)護時間。

七、裂紋分析

產生裂紋的原因有很多種，裂紋的種類也較多，但主要分為兩種即收縮裂紋和溫差裂紋。

（1） 收縮裂紋

混凝土收縮包括塑性收縮、干燥收縮和自收縮。塑性收縮原因是沉降、泌水，一般發(fā)生在混凝土拌合后3～12小時以內，終凝前比較明顯；自收縮是混凝土澆筑成型后與外界無水分交換的條件下，由于水泥水化造成混凝土內部干燥而引起的；干燥收縮是因為混凝土水分蒸發(fā)，導致混凝土體積變化。當用水量、膠凝材料用量越多，水泥的水化熱大并大量向空氣中蒸發(fā)水分，混凝土的收縮就越大。收縮會產生很大的收縮應力，如果產生的收縮應力超過當時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產生收縮裂紋。

（2）溫差裂紋

混凝土內部與表面或混凝土表面與環(huán)境溫差過大會產生溫差裂紋。水泥遇水發(fā)生水化作用，產生水化熱，由于混凝土體積大，聚集在內部的水化熱不易散發(fā)，混凝土內部溫度將顯著升高，而其表面由于受內部溫度影響較慢，且散熱較快，溫度較低，因此形成了較大的溫度差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力。此時的混凝土齡期短，抗拉強度低，當溫差產生的表面拉應力超過混凝土極限抗拉強度，則會在混凝土表面產生裂紋。

通過對涼水河特大橋施工完的橋墩每月定期進行裂紋檢查并記錄，從檢查結果來看，本工程大約有25個左右的墩身出現了表面龜裂，裂紋寬度在0～0.2mm之間，深度較淺，根據出現的位置和裂紋狀況將其分為三個種類：

①墩帽模板與墩身模板拼縫以下10cm泄水凹槽位置，以及直面模板與圓弧模板接縫處， 裂紋呈線狀，走向為橫向和豎向，長度在15cm～200cm之間，約7個墩身。

②墩身大面模板中間，泄水凹槽位置， 裂紋呈線狀，走向為豎向，長度在10cm～150cm不等，約10 個墩身。

③墩身曲盒部位， 裂紋呈冠狀和放射狀，長度在10cm～30cm，約8個墩位。

八、裂紋處理

對于本橋出現的裂紋情況來看，這些裂紋對于橋墩本身的結構安全基本沒有影響，其種類為龜裂，屬于表面收縮裂紋。采用的涂膜封閉法處理裂縫。

在混凝土表面涂刷防水涂膜以封閉微細裂縫的修補方法稱涂膜封閉法，適用于寬度小于0.2mm的微細裂縫的修補，也可用于混凝土外表面的裝飾和防水處理，以及防止混凝土保護層的碳化和有害離子對混凝土的腐蝕。

⑴材料和機具

材料：ZV型混凝土修補膠，ZB型罩面膠，修補粉料或水泥。

ZV型混凝土修補膠：是以高分子共聚物為基本原料，摻加適量改性劑、有機助劑配制成的水乳狀產品，無毒、不燃、無腐蝕性，其PH值為6～6.5，粘度200～500厘泊。

ZB型罩面膠：由高分子共聚物乳液和混合助劑配制而成的水乳液，涂刷在涂膜表面，可提高涂膜的硬度、光澤性、耐久性和耐水性。

機具：鋼絲刷、羊毛輥具、油漆刷等手工工具，也可用噴漿機。

⑵操作方法

①清掃：混凝土表層的浮漿和起砂層要用砂輪打磨機磨去，并清掃或沖洗干凈。

②刮膩子：混凝土表面裂縫、氣孔和缺陷應用膩子填充補平，待干后用砂布磨平。膩子配方如下：ZV型混凝土修補膠：粉料=1：1.8～2.0。

③涂刷底層涂料：配方如下：ZV型混凝土修補膠：粉料=1：0.7～0.8

④涂刷主層涂料：主層涂料配方如下：ZV型混凝土修補膠：粉料=1：0.8～1

通過上述方法處理后，墩身裂紋沒有繼續(xù)擴展，處理效果較好。