談易裂混凝土

陸庚全

(東莞市光豪建設(shè)工程有限公司，廣東 東莞 523808)

近十幾年來，隨著新技術(shù)混凝土的發(fā)展，特別是泵送、高強(qiáng)、大體積、預(yù)應(yīng)力等混凝土的出現(xiàn)，混凝土裂縫問題反而控制難度增大。混凝土裂縫的出現(xiàn)，直接影響到橋梁的外觀質(zhì)量和耐久性，誤導(dǎo)人們對(duì)橋梁安全性產(chǎn)生懷疑。筆者認(rèn)為有必要提出“易裂混凝土”來時(shí)刻提醒參與工程建設(shè)者，認(rèn)識(shí)和重視混凝土裂縫問題，共同防范混凝土的裂縫，減少或避免裂縫的產(chǎn)生。

1 易裂混凝土

易裂混凝土是指在硬化過程中受到材料、施工、環(huán)境和設(shè)計(jì)等因素的影響，容易發(fā)生裂縫的混凝土。裂縫原因多是變形作用(溫度變形、收縮變形和基礎(chǔ)不均勻沉降變形等)因素引起的，據(jù)統(tǒng)計(jì)80%以上裂縫都是在混凝土早期即在水化熱釋放基本結(jié)束前產(chǎn)生的。常見的早期混凝土裂縫主要有收縮裂縫和溫度裂縫。

混凝土是脆性材料，本身“強(qiáng)壓弱拉”，收縮變形大，特別是泵送混凝土，水泥水化凝結(jié)硬化引起的自身收縮和干燥收縮0.6 mm/m以上。另外，混凝土早期硬化過程中抗拉強(qiáng)度低，抗裂能力差，抗拉強(qiáng)度一般只有抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20;加上不當(dāng)?shù)氖┕し椒ê蜏囟拳h(huán)境的變化影響，還有設(shè)計(jì)方面對(duì)混凝土硬化前是否開裂缺少考慮，使得多種不利的應(yīng)力疊加，造成混凝土極易發(fā)生早期開裂。

2 實(shí)例說明易裂混凝土的特點(diǎn)

南方某城市主干路交通堵塞點(diǎn)改造工程有座11×30 m長的跨線橋，橋梁上部結(jié)構(gòu)為先簡支后連續(xù)的預(yù)應(yīng)力C50鋼筋混凝土小箱梁，橋面鋪裝8 cm厚C50鋼筋混凝土。下部結(jié)構(gòu)是采用C35鋼筋混凝土斷面為1.5 m×1.5 m雙柱，大懸臂預(yù)應(yīng)力C50鋼筋混凝土17.2 m ×2.6 m ×1.8 m 蓋梁，C35 鋼筋混凝土 8.9 m ×5.4 m×2 m承臺(tái)，承臺(tái)下設(shè)6根鉆孔灌注混凝土樁基。

P3號(hào)蓋梁于2011年8月2日施工的，第二天拆側(cè)模時(shí)沒發(fā)現(xiàn)裂縫;而2011年8月18日施工的P1號(hào)蓋梁，第二天拆側(cè)模卻發(fā)現(xiàn)梁底有兩條“凵”形的裂縫，見圖1。

圖1 P1號(hào)蓋梁梁底的“凵”形裂縫

兩處蓋梁施工環(huán)境條件均是采用泵送商品C50混凝土，使用鋼模，門字支架支撐(做過預(yù)壓)，氣溫為30℃以上。P3號(hào)蓋梁柱高為2.8 m，施工時(shí)間為上午7:00～10:50時(shí)，氣溫為32℃。而P1號(hào)蓋梁柱高為0.9 m，施工為下午4:00～6:40時(shí)，氣溫為35℃。

上述蓋梁特點(diǎn)如下:1)泵送預(yù)拌混凝土。泵送混凝土為了滿足泵送的流動(dòng)性，客觀加大用水量和水泥量，坍落度與水化熱隨著增大，使得混凝土極易出現(xiàn)收縮裂縫和溫度裂縫。2)大體積混凝土。大體積混凝土水化熱量大，混凝土內(nèi)外溫差過大，蓋梁內(nèi)外“熱脹冷縮”不同產(chǎn)生表面拉應(yīng)力，早期混凝土強(qiáng)度低，彈性模量小，抗拉能力差，一旦受柱約束就造成蓋梁混凝土溫度裂縫。3)高強(qiáng)混凝土。蓋梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，對(duì)預(yù)拌混凝土要求強(qiáng)度等級(jí)范圍適應(yīng)較寬來講，配合比均使用P.O42.5R水泥，這樣造成水泥用量很大，水化熱相應(yīng)較大，同時(shí)水泥等膠凝材料細(xì)度提高，使混凝土早期出現(xiàn)溫度裂縫和收縮裂縫。4)不利約束混凝土。蓋梁溫度變形和收縮變形受到兩個(gè)剛性大的柱約束力，限制著混凝土的自由膨脹和收縮。其中P1號(hào)蓋梁柱很矮，剛性約束力較大，而這時(shí)候混凝土在硬化前抗拉力剛好很小，即時(shí)開裂。5)預(yù)應(yīng)力混凝土。鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土，一般鋼筋含量少，約束性抗拉應(yīng)力小。同時(shí)預(yù)應(yīng)力混凝土要求混凝土早強(qiáng)，以便早拆模和張拉，使混凝土配合比中粉煤灰含量少，水泥量增多，水化熱量隨著增大，早期易出現(xiàn)溫度裂縫。6)高熱期或日溫最高時(shí)施工混凝土。地處鬧市區(qū)，瀝青路和房屋吸熱大，造成工地氣溫高，在30℃以上或一天中最高氣溫時(shí)施工，都使混凝土入模溫度過高。P1號(hào)蓋梁下午施工，當(dāng)混凝土水化熱大量產(chǎn)生時(shí)正處于一天最低氣溫的夜間，使混凝土里表溫差過大，加速了溫度裂縫的出現(xiàn)。而P3號(hào)蓋梁是上午施工的，到下午混凝土開始硬化很易產(chǎn)生裂縫時(shí)正處于一天最高氣溫，混凝土里表溫差過小，看不到有裂縫。上述蓋梁屬易裂混凝土，其特點(diǎn)為:早期易裂、水化熱大(大體積和高強(qiáng)混凝土)、約束力大(柱矮剛性大)、流動(dòng)性大(泵送混凝土)、混凝土里表溫差大(高熱期或日溫最高時(shí)施工，使?jié)仓囟雀撸觿』炷晾锉頊夭?。

3 要充分理解運(yùn)用易裂混凝土的特點(diǎn)，制訂針對(duì)性防止混凝土裂縫產(chǎn)生的有效方案

施工前，先復(fù)核和劃清橋梁哪部分屬于易裂混凝土，對(duì)承臺(tái)、蓋梁、梁板和橋面鋪裝層等進(jìn)行一一排查，然后對(duì)癥下藥。如在上述跨線橋設(shè)計(jì)中，把承臺(tái)混凝土作為大體積混凝土來考慮，混凝土承臺(tái)防裂措施是設(shè)置冷卻裝置，要求控制混凝土的內(nèi)外溫差在25℃以內(nèi)。我們根據(jù)承臺(tái)混凝土施工配合比和當(dāng)時(shí)現(xiàn)場施工環(huán)境溫度條件，計(jì)算得知:在不采取任何工藝技術(shù)措施的前提下，承臺(tái)混凝土內(nèi)外溫差最大值為23.8℃，小于設(shè)計(jì)要求的25℃。因此，我們?cè)谑┕こ信_(tái)時(shí)認(rèn)為其是假大體積混凝土，沒有設(shè)冷卻裝置，但是還是采用易散熱的對(duì)拉桿裝模、夜間低溫施工、澆筑完后及時(shí)采取蓄水保溫養(yǎng)生措施，結(jié)果承臺(tái)沒有發(fā)生裂縫。其實(shí)，蓋梁才是真正的大體積混凝土，設(shè)計(jì)上卻忽略了。

4 結(jié)語

建議在土木工程界設(shè)立“易裂混凝土”，意義重大。1)提醒設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)變舊的思路。在混凝土設(shè)計(jì)中不僅要考慮混凝土“強(qiáng)壓弱拉”的特點(diǎn)，還要考慮混凝土“早期易裂”的特點(diǎn)，采取增加一些裂縫約束鋼筋，如上述蓋梁在設(shè)計(jì)時(shí)增設(shè)防裂鋼筋是可以防止蓋梁開裂的。2)有助于監(jiān)理和施工人員做好防止混凝土裂縫產(chǎn)生的預(yù)控施工方案。根據(jù)施工條件計(jì)算溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，及時(shí)采取防范措施。上述蓋梁為大體積混凝土應(yīng)避開夏天熱期施工，選擇夜間施工。3)有助于施工管理人員根據(jù)外界約束和溫度、濕度條件影響，做好混凝土的保濕養(yǎng)護(hù)工作，防止混凝土收縮變形出現(xiàn)裂縫。4)可以更加形象地表達(dá)大體積混凝土的實(shí)質(zhì)，對(duì)經(jīng)驗(yàn)不足的建設(shè)者起到警示作用，共同預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生。

[1] 黃 斌.混凝土結(jié)構(gòu)早期裂縫的產(chǎn)生及控制[J].城市道橋與防洪，2009(3):92-95.

[2] 常衛(wèi)峰.淺談混凝土橋梁裂縫[J].北方交通，2009(1):31-33.

[3] 王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制的綜合方法[J].施工技術(shù)，2000(5):53-55.

[4] 羅貴生.混凝土裂縫的預(yù)防與處理[J].山西建筑，2010，36(11):133-134.