【摘要】本文針對客運專線預應力混凝土簡支箱梁夏季施工時梁體的結(jié)構(gòu)特點,對后張法簡支箱梁C50高強混凝土的裂紋成因、預防及控制措施等進行介紹。
　　【關(guān)鍵詞】預應力梁，混凝土施工，裂紋，預防及控制
　　1概述
　　客運專線設(shè)計時速350km/h、使用壽命100年，設(shè)計方面對梁體的耐久性及抗裂性能要求非常嚴格。在客專主線橋梁上部結(jié)構(gòu)梁體設(shè)計900t箱梁，均設(shè)計廠集中預制，而900t箱梁每榀梁設(shè)計350m3混凝土，要求在6h內(nèi)澆筑完混凝土，因此在夏季施工時，必須嚴格控制混凝土的各方面性能，以防梁體產(chǎn)生裂紋。
　　2裂紋預防及控制目的
　　時速350km的客運線對線路狀態(tài)變形要求很高,而梁體是控制運行狀態(tài)的主要結(jié)構(gòu)物,因此梁施工階段的混凝土質(zhì)量控制至為關(guān)鍵。梁體裂紋控制的目的在于減少引發(fā)裂紋的各種因素,抑制混凝土在硬化階段裂紋的發(fā)展趨勢,使得梁體混凝土不產(chǎn)生裂紋或者控制裂紋在允許范圍內(nèi),從而提高混凝土的耐久性,達到預期的使用壽命。
　　3裂紋成因分析
　　混凝土裂紋在施工中產(chǎn)生的原因,可大致歸納為以下幾方面。
　　3.1溫度應力
　　混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì),其溫度線膨脹系數(shù)一般為(1.0～1.5)×10-5/℃。并且由于混凝土是熱的不良導體,膠凝材料水化后產(chǎn)生的大量水化熱難以迅速釋放,造成內(nèi)部溫度迅速升高,易產(chǎn)生比較大的溫度變形。混凝土內(nèi)外溫差過大,當溫度應力超過混凝土的極限拉應力時,就會產(chǎn)生裂紋。
　　3.2養(yǎng)護條件
　　養(yǎng)護是混凝土硬化過程極其重要階段,它對裂紋的產(chǎn)生有著關(guān)鍵影響。混凝土在標準養(yǎng)護條件下,一般不會開裂。而在施工中要做到標準養(yǎng)護條件往往是很困難的，因此只能控制混凝土養(yǎng)護中接近標養(yǎng)條件的濕度和溫度,混凝土出現(xiàn)裂紋的可能性就越小。
　　3.3施工質(zhì)量
　　混凝土在澆筑施工中,振搗不均勻,或是漏振、過振等,會造成混凝土離析、粗細集料和膠結(jié)料分布不均勻、密實度差,從而降低結(jié)構(gòu)的整體強度。混凝土內(nèi)部氣泡不能完全排除時,氣泡附著在鋼筋表面則降低了混凝土與鋼筋的粘結(jié)力,容易產(chǎn)生裂紋。
　　3.4原材料及配合比
　　原材料質(zhì)量和配合比設(shè)計直接影響混凝土的性能和強度,是混凝土裂紋形成不可忽略的原因。砂、碎石含泥量超標、級配不良,外加劑、摻合料選用不合理,配合比設(shè)計不當,例如水膠比、水泥用量過大、砂率不當?shù)?都會導致混凝土拌和物性能不好,收縮增大,從而增大裂紋發(fā)生的機率。
　　4裂紋預防及控制措施
　　根據(jù)以上成因分析,梁體混凝土裂紋預防及控制擬從事先(配合比優(yōu)化設(shè)計)、事中(混凝土施工過程控制)、事后(養(yǎng)護)三階段分別采取措施。
　　4.1優(yōu)化配合比設(shè)計
　　4.1.1優(yōu)選原材料
　　水泥:由于混凝土內(nèi)部溫升主要是由水泥水化熱產(chǎn)生,為盡可能地降低水化熱及其釋放速率,應優(yōu)先考慮采用早期水化熱低、C3A含量低、細度適合的水泥并盡可能降低水泥用量。
　　摻合料:在膠凝材料總量中,提高粉煤灰、礦粉所占比例,可降低水化熱、水膠比,延緩、推遲混凝土內(nèi)部溫度峰值出現(xiàn)時間,提高混凝土密實性及耐久性。粉煤灰應采用Ⅰ級;礦粉,可采用S95級磨細高爐礦渣。
　　外加劑:外加劑應采用減水率高、坍落度損失小、適量引氣、質(zhì)量穩(wěn)定、能滿足混凝土耐久性能的產(chǎn)品。
　　粗、細集料:細集料采用級配良好砂,細度模數(shù)為2.6～3.0,含泥量不大于1%;粗骨料采用級配、粒形好的碎石,采用5mm～10mm和10mm～20mm兩種級配碎石（一般按照4：6配料）分級堆放、分級計量。級配良好、空隙率小的粗細集料可以有效降低混凝土的用水量和膠凝用量,從而降低混凝土水化熱,減小裂紋產(chǎn)生的可能性。
　　4.1.2混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計
　　為滿足混凝土的耐久性,提高混凝土的抗裂性能。在設(shè)計梁體混凝土配合比時,應注意:低水膠比(<0.3)，坍落度(200mm±20mm),3d抗壓強度>38.5MPa，10d抗壓強度>53.5MPa。針對以上梁體膠凝材料總量設(shè)計時分別為480kg/m3及490kg/m3,水泥用量340kgm3及320kgm3,有效地降低了混凝土的最高溫升。對該配合比內(nèi)部溫度進行實測,環(huán)境溫度為26℃時,混凝土拌和物出機溫度為28℃,蒸汽養(yǎng)護階段混凝土芯部最高溫度為59℃,滿足設(shè)計要求。
　　4.2施工過程裂紋控制措施
　　4.2.1拌制混凝土
　　C50混凝土理論配合比每m3用量，單位：kg

                       
　　　混凝土的拌和應嚴格按照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
　　①攪拌站生產(chǎn)控制。各種原材料的計量要非常準確,應采用全自動智能控制攪拌系統(tǒng),防止因為原材料計量的偏差引起配合比的變化。為充分分散礦物摻合料,攪拌時間應較普通混凝土稍微延長一些,一般控制在120s左右。拌和用水,夏季氣溫高時,采用加冰水或直接采用地下井水攪拌混凝土。
　　②控制原材料進倉溫度。對原材料的進倉溫度要嚴格控制,控制其溫度不大于40℃。可采取對砂石料堆、集料倉采用噴灑冷水、搭設(shè)遮陽蓬等方法,降低集料溫度;
　　4.2.2施工現(xiàn)場控制措施
　　4.2.2.1選擇適宜的開盤時間
　　夏季一般安排在傍晚16:00～18:00時段開始澆筑,不宜在早晨澆筑以免白天溫度上升時加劇混凝土的內(nèi)部溫升。控制混凝土入模溫度10～30℃。炎熱天氣下灌注混凝土,應盡量避免模板和新澆混凝土受陽光暴曬。
　　4.2.2.2混凝土運輸
　　夏季應對混凝土運輸罐車車身澆灑冷水以避免車身熱量傳入混凝土導致混凝土溫度升高。
　　4.2.2.3混凝土澆筑
　　控制混凝土的澆筑速度在滿足總體澆筑時間不大于6h的前提下,不宜過快,通過混凝土自身散熱,降低混凝土內(nèi)部溫度。通過斜向分段、水平分層澆筑來提高散熱量。最大分層厚度不宜大于300mm。
　　4.2.2.4拆模
　　拆模除了要考慮強度因素外,還應考慮混凝土的溫度。梁體芯部與表層、表層與環(huán)境溫差均不得大于15℃。混凝土的溫度不能過高,以免混凝土接觸空氣時降溫過快而開裂,更不能在此時澆筑冷水養(yǎng)護。混凝土內(nèi)部開始降溫前以及混凝土內(nèi)部溫度最高時不得拆模。
　　4.3養(yǎng)護過程控制措施
　　受氣溫、相對濕度、混凝土內(nèi)外溫差、風速等因素影響,養(yǎng)護過程是混凝土對塑性收縮裂紋最敏感的時段。養(yǎng)護分蒸汽養(yǎng)護和自然養(yǎng)護兩個過程，蒸汽養(yǎng)護嚴格按照靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段，自然灑水養(yǎng)護時間不少于14天，以下具體介紹一下蒸汽養(yǎng)護過程的測溫方案。
　　4.3.1測溫點布設(shè)
　　梁體測溫點共設(shè)6處。分別為:①梁跨度1/4L、1/2L、3/4L處側(cè)芯部及養(yǎng)護棚內(nèi),共設(shè)8點測溫,芯部溫度開始采用預埋測溫專用探頭，棚內(nèi)及環(huán)境溫度直接懸掛普通玻璃溫度計測量。
　　4.3.2測溫方案
　　蒸汽養(yǎng)護過程中的靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段每0.5h由專門測溫人員測溫一次，根據(jù)測溫數(shù)據(jù)來控制送汽量大小。升、降溫階段控制溫度不大于10℃，恒溫階段最高溫度不大于60℃。在蒸汽養(yǎng)護過程中還要嚴格測蒸汽養(yǎng)護棚內(nèi)相對濕度，使?jié)穸瓤刂圃?0～100%。
　　4.3.3數(shù)據(jù)處理和應急措施
　　測溫記錄每天要及時整理,芯部溫度、表面溫度、環(huán)境溫度和棚內(nèi)相對濕度所測點數(shù)的平均值。計算整理完畢后,根據(jù)時間、溫度數(shù)值及溫度曲線,芯部、表面、環(huán)境溫度分別用不同顏色區(qū)分,參照溫度曲線可及時對混凝土養(yǎng)護情況作出反饋。例如,當環(huán)境溫度與混凝土表面溫度、混凝土表面溫度與芯部溫差達到15℃時,進入預警狀態(tài),要根據(jù)實測溫度,查找原因,采取相應措施降低溫差。通過采用上述措施,均取得了很好的效果。
　　5結(jié)束語
　　混凝土裂紋的形成往往是幾種因素綜合作用的結(jié)果,原因非常復雜。如果措施不力,工藝不正確,極容易產(chǎn)生裂紋。我們只是在控制裂紋的產(chǎn)生方面做了一些有益的嘗試。實踐證明效果是良好的,混凝土裂紋得到了有效的控制。總之,通過優(yōu)化混凝土配合比,加強施工過程控制,加強養(yǎng)護,預制梁裂紋可以控制。
　　
　　參考文獻：
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　　4)客運專線高性能混凝土暫行技術(shù)條件謝永江鐵道部科學技術(shù)司2005