橋梁施工混凝土早期收縮裂縫的控制

橋梁施工中混凝土筑件早期收縮裂縫的問題，嚴(yán)重威脅著橋梁的施工質(zhì)量及運(yùn)行使用。本文通過試驗(yàn)分析研究混凝土配比、澆筑養(yǎng)護(hù)狀態(tài)及配筋，對(duì)混凝土筑件收縮裂縫的預(yù)防和控制，以期為同類工程提供技術(shù)參考。

嚴(yán)格控制混凝土混合比

試驗(yàn)將集漿、水膠、含氣及粉煤灰等參數(shù)，按比例組合為十幾種橋梁混凝土配比，分別探討對(duì)混凝土早期收縮的干擾。并從混凝土配比的角度，探索控制橋梁混凝土早期收縮裂縫的措施。

試驗(yàn)可知，水膠比由0.28提升至0.45時(shí)，混凝土的收縮應(yīng)變由442με下降至248με；當(dāng)粉煤灰替代比例由0提升至0.5時(shí)，混凝土的收縮應(yīng)變由462με減小到282με，混凝土的收縮應(yīng)變降低了將近40%；集漿率由2.38提升至3.64，混凝土的收縮應(yīng)變由497με下降至338με；在該次實(shí)驗(yàn)中含氣比例是5.34%時(shí)，混凝土的收縮應(yīng)變最低。

顯然，以混凝土配比控制早期收縮裂縫，需注意以下方面：提升粉煤灰的比例以替換水泥，能夠降低水泥的水化速度，能夠削減混凝土的早期收縮應(yīng)變，可以控制混凝土開裂；在達(dá)到混凝土強(qiáng)度級(jí)別基礎(chǔ)上，提升水膠比，能夠明顯削減混凝土早期收縮應(yīng)變的速度，更好的控制混凝土的早期開裂問題。

嚴(yán)格制定混凝土養(yǎng)護(hù)周期

實(shí)驗(yàn)以單面制約混凝土樣件為基礎(chǔ)，檢測(cè)了常溫環(huán)境下混凝土樣件收縮應(yīng)變的態(tài)勢(shì)，同時(shí)在該條件下對(duì)比了覆膜及澆水等多種養(yǎng)護(hù)模式對(duì)收縮應(yīng)變的干擾。幾種養(yǎng)護(hù)周期均是2周，養(yǎng)護(hù)完成之后均置于室內(nèi)常溫環(huán)境下。實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中，可以和外部條件進(jìn)行濕度交互的僅有頂部，在相同水平截面上幾個(gè)測(cè)點(diǎn)的混凝土收縮應(yīng)變幾乎一致，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)論是擇取幾個(gè)數(shù)值的均值來表示。

對(duì)混凝土進(jìn)行間斷性澆筑，當(dāng)齡期逐漸提升時(shí)，樣件粘結(jié)位置的收縮變形會(huì)逐漸加大，在幅度上卻比較小，25日達(dá)到最高收縮是23με，澆筑16個(gè)小時(shí)之后產(chǎn)生較小的膨脹情況，主要是由于測(cè)點(diǎn)3是固定于舊混凝土的表層，新澆筑混凝土的水分及水化熱會(huì)對(duì)舊混凝土造成影響，繼而造成檢測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生較小的膨脹，另外截面整體的粗糙度無法顯著制約混凝土的收縮。混凝土常溫養(yǎng)護(hù)環(huán)境下早期溫濕度的時(shí)變特點(diǎn)，具體如圖1所示。

圖1 混凝土常溫養(yǎng)護(hù)環(huán)境下早期溫濕度的時(shí)變特點(diǎn)

圖1 是混凝土實(shí)驗(yàn)樣件里，當(dāng)齡期發(fā)展時(shí)，新澆筑混凝土后溫濕度變動(dòng)曲線，在澆筑混凝土的早期，混凝土的相對(duì)濕度是百分之百，當(dāng)齡期逐漸發(fā)展時(shí)，混凝土的水分揮發(fā)及水化過程會(huì)不斷耗散水分，此時(shí)混凝土的相對(duì)濕度會(huì)逐漸下降，另外混凝土的溫度卻在不斷提升。由圖1可知，在澆筑混凝土16個(gè)小時(shí)之后，新澆筑混凝土的最高溫度達(dá)到30.5℃，當(dāng)齡期逐漸發(fā)展時(shí)，混凝土的溫度下降進(jìn)程與溫濕度變動(dòng)態(tài)勢(shì)非常類似，這主要是因?yàn)榛炷料鄬?duì)濕度的下降和水化耗散之間存在聯(lián)系，但是水泥的水化速度和混凝土的溫度之間存在密切聯(lián)系。

合理配置普通鋼筋

建設(shè)橋梁需同時(shí)運(yùn)用鋼筋及混凝土，兩者的接觸面愈大，其互相作用就愈大，對(duì)混凝土的制約成效也就越明顯。圖2是配筋混凝土中鋼筋與混凝土的收縮應(yīng)變和配筋比例的聯(lián)系，由圖2可知，當(dāng)配筋比例提升時(shí)，配筋混凝土的收縮應(yīng)變會(huì)降低，另外鋼筋的變形也會(huì)降低。

圖2 周期28日配筋率與混凝土收縮應(yīng)變的關(guān)系

圖3 周期28日配筋率與混凝土收縮應(yīng)力的關(guān)系

圖3 為配筋混凝土樣件在無約束條件下，混凝土的收縮受鋼筋的制約，在混凝土和鋼筋方面均出現(xiàn)了制約應(yīng)力。由圖3可知，當(dāng)配筋比例提升時(shí)，混凝土的收縮應(yīng)力亦會(huì)提升，另外鋼筋的應(yīng)力卻會(huì)下降。結(jié)合圖2分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)配筋比例提升時(shí)，混凝土早期收縮應(yīng)變下降，然而，卻提升了混凝土的制約應(yīng)力。因此，僅提升配筋比例無法提升混凝土早期的抗裂能力，部分情況下還會(huì)使混凝土的抗裂能力下降。

圖4為同等配筋比例下，混凝土在多種配筋模式下的收縮應(yīng)力圖，因?yàn)殇摻畲笮≡獾街萍s，文節(jié)提出5根直徑16mm的鋼筋、9根12mm的鋼筋及4根18mm的鋼筋對(duì)相同界面的混凝土，在配筋比例上是一致的。由圖4可知，配以9根12mm鋼筋的收縮應(yīng)變最低，制約應(yīng)力也最低；最高的是配以4根18mm的混凝土，表明在控制混凝土早期收縮裂縫層面，在條件準(zhǔn)許時(shí)，需配以直徑偏小的鋼筋，才能夠削減混凝土的早期收縮應(yīng)變，同時(shí)也可以削減混凝土的應(yīng)力，繼而能夠有效削減混凝土早期收縮裂紋概率。

圖4 同等配筋比例條件下混凝土的收縮應(yīng)變以及應(yīng)力

結(jié)語

對(duì)混凝土配合比進(jìn)行改善設(shè)定，是降低混凝土早期收縮應(yīng)變提升混凝土抗拉強(qiáng)度的基礎(chǔ)。混凝土中包含砂子、水、骨料等原料，各種原料的配比和性能均是影響混凝土性能的關(guān)鍵要素。

配以一般構(gòu)架的鋼筋，不但需考量鋼筋混凝土組件的負(fù)載能力，同時(shí)還需考量一般鋼筋在控制混凝土早期開裂方面的作用。因此在條件準(zhǔn)許的情況下，需配以直徑偏小的鋼筋，削減混凝土早期的收縮變形。