大体积耐久性混凝土桥墩裂缝的控制工艺
摘要:文章对铁路混凝土桥墩裂缝产生的原因进行分析,阐述施工控制的原则和方法,并简要介绍合武高速铁路大体积桥墩耐久性混凝土裂缝控制的施工措施。
1 概述
裂缝是混凝土结构物最常见的病害,尤其大体积混凝土铁路桥的桥墩更易于出现裂缝。裂缝的出现,在混凝土表面较浅的范围内会引起护面钢筋的锈蚀和混凝土的碳化,降低混凝土的抗冻融、抗疲劳、耐久性和承载能力,也给结构的整体外观造成不良影响。随着铁路跨越式发展的推进,在高速、重载条件下,由于行车速度的提高,桥梁振动特性的改变,加剧了裂缝的产生和发展,因此,如何在施工过程中采取施工措施减少裂缝的产生,保证桥墩达到设计使用年限,是工程建设工作者必须研究的课题。
2 裂缝产生的原因混凝土是一种脆性非匀质材料,其内部存在大量微观裂缝和各种大小不同的孔隙,其抗拉强度较低,因此混凝土结构较易产生裂缝,产生裂缝的有关原因可以归结为以下几个方面。
2.1 与混凝土自身凝缩特性有关
混凝土引起收缩的原因,在硬化初期主要是由于水泥的水化作用,形成一种新的水泥结晶体,这种结晶体化合物较原材料体积小,因而引起混凝土体积的收缩产生裂缝,即所谓的凝缩裂缝。
2.2 与混凝土原材料及配合比有关
水泥凝结时间不正常,水泥膨胀量过大,则产生既短又不规则的裂缝,这种裂缝多产生在混凝土硬化的早期;使用活性骨料,骨料风化或含泥量大,则随着混凝土的干燥,会产生不规则的网状裂缝;混凝土单位水泥用量过大,导致混凝土产生大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差,造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力,当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝。
2.3 与混凝土施工措施有关
混凝土拌和不均匀,搅拌时间过短,浇筑速度过快,振捣不充分,接缝处理不当,保护层厚度不足或钢筋被扰动,模板漏浆,支撑下沉,拆模过早,硬化前受振动或加荷;初期受冻,初期养护不够,混凝土内自由水蒸发而引起的干缩,养护时混凝土内外温差过大,混凝土所处环境温差变化较大,导致混凝土表面失水加剧,混凝土干燥收缩加剧。
3 控制裂缝产生的措施
3.1 原材料及配合比控制
施工中应根据实际情况,尽量选择水化热低的水泥品种;选择合适的掺合料,通过试配选定混凝土配合比,限制水泥单位用量,减少水化热;选择合适的缓凝减水剂,控制水灰比,减少水的用量;加入适量纤维,增加混凝土的抗裂性。
3.2 施工工艺措施控制
选用合适的混凝土搅拌机械设备,确保混凝土拌合均匀,且保证混凝土的单位时间生产总量能够及时满足现场需求。施工中应根据实际情况,在浇筑混凝土时减少混凝土入模温差,采用薄层连续浇筑方式以加快散热。混凝土下料振捣时按“分层、分段、连续浇筑”的原则进行。混凝土浇筑至墩帽顶设计标高后,清除残余浮浆,将表面整平,混凝土收水后用铁板反复压光,封闭混凝土表面毛细孔。为防止混凝土内外温差超过限值产生温度裂缝,在混凝土内布置测温点,掌握内部实际温度变化情况,监视温差波动,以指导养护工作。可以覆盖保温材料,提高表面温度以降低温差,并浇水湿润,根据温控数据确定覆盖材料的增减。
4 裂缝控制工程实例
合武铁路客运专线是国内第一条铁路客运专线,设计时速200km/h,基础预留250km/h及以上条件,桥梁采用C30钢筋混凝土实体墩,截面尺寸2.6m×7m,桥墩高度7m~18m不等。第一个桥墩浇筑混凝土后7d拆除模板后即发现表面有裂缝,洒水养护14d,第28d检查桥墩表面有干缩裂缝,呈网状浅细裂缝,宽度多在0.05mm~0.2mm之间,部分裂缝达到0.3mm以上,墩帽顶部有龟裂痕迹。为保证施工质量,施工过程中从两方面进行了控制,通过实验室对配合比的改进,成功减少了浮浆;通过施工工艺的改进,进一步加强了养护措施,取得了较好的成果。
4.1 从配合比及原材料上控制裂缝
根据施工工艺需要及使用100年的耐久性要求,水泥选用海螺牌P.O42.5水泥,混凝土配合比设计中掺入了高性能磨细矿粉、一级粉煤灰,取代部分水泥以减少水泥用量,通过加入高性能减水剂和纤维,减小了水灰比,降低了混凝土中水的用量,并增强了混凝土的抗裂性,加入了引气剂,使混凝土入模含气量符合要求。
4.2 从施工上控制裂缝
混凝土拌制过程中,水泥、矿物掺和料、外加剂等称量偏差控制在±1%;粗、细骨料控制在±2%;拌和用水控制在±1%;搅拌混凝土前,应严格测定粗细骨料的含水率,准确测定因天气变化而引起的粗细骨料含水量变化,以便及时调整施工配合比。
模板使用工厂定制的定型整体钢模,桁架固定支撑,缆风绳牵引至地锚固定。模板与承台间用定位锚固螺栓加固,承台与钢模间缝隙用高强水泥砂浆封堵,模板接缝处用泡沫双面胶嵌缝,确保模板拼缝严密不漏浆。钢模与混凝土接触面用机械打磨光滑,并在刷油后铺设塑料膜保护。
根据生产需要,项目部建立了由两套混凝土搅拌机组联合生产的混凝土搅拌站,确保了混凝土供应量的要求。浇筑混凝土前根据混凝土需求量、机械生产能力、运输能力、汽车泵泵送能力、现场施工条件等多方面因素全面分析,制定混凝土浇筑方案,保证混凝土浇筑过程连续可控制。浇筑混凝土时严格控制混凝土搅拌时间,保证每盘混凝土搅拌3min;控制混凝土运输时间,保证混凝土从搅拌至浇筑入模不超过3h。
混凝土浇筑前对模板和混凝土进行测温(桥墩浇筑时恰逢夏季,太阳直射下钢模温度最高达52℃),当模板与混凝土温差大于20℃时,对模板外侧进行浇水降温处理,待满足要求后方浇筑混凝土;如施工条件允许,尽量安排在夜间进行混凝土浇筑。
浇筑混凝土时配备足量的振捣设备,在振捣器上用胶带做出刻度标注,避免振捣深度不足造成漏振,也避免插入过深扰动先浇筑的混凝土。浇筑混凝土时安排专人根据混凝土浇筑速度负责将铺设在钢模上的塑料保护膜去除,去除塑料保护膜时注意水泥浆不能溅到钢模上,同时塑料保护膜不被埋到混凝土里为宜。
泵送耐久性混凝土表面浮浆较多,浇筑时将表面浮浆清除;混凝土振捣完成后,尽量减少暴露时间,并用塑料薄膜紧密覆盖混凝土暴露面,塑料薄膜与混凝土表面之间不得留有空隙,防止表面水分蒸发;混凝土初凝前后,应卷起塑料薄膜,用抹子搓压表面至少2遍,使之平整后再次覆盖,此时应注意覆盖物不要直接接触混凝土表面,直至混凝土终凝为止。在墩帽顶部设置水管,保持封闭范围内的湿度;通过预埋在桥墩混凝土不同点位温度监测,适时采取保温或降温措施减小温差。
拆除模板后仍用塑料保护膜将桥墩全部包裹,保持湿度养护30d以上。最后检测桥墩表面裂缝较采取措施前全面改善,桥墩混凝土结构表面的裂缝宽度已经控制在0.20mm以内。
5 结语
合武高速铁路桥墩施工已顺利完成,上部结构也全部施工完毕,部分桥梁已经铺轨。实践证明裂缝控制的方法是可行且有效的。可以肯定的是,这种控制裂缝产生的施工思路是正确的,对类似工程有一定的借鉴作用。
|
