橋梁項目承臺大體積混凝土裂紋成因與防治技術

李 峰

(山西路橋集團交通產業開發有限公司，山西 晉中 045404)

1 項目背景

大橋的長度為1.285 Km，上部結構設計的是連續鋼構T梁(跨徑5×35 m)+變截面懸澆剛構箱梁(跨徑80 m+3×160 m+80 m)+PC連續剛構T梁(跨徑5×50 m+5×45 m)，下部結構2#與3#承臺位于陸地，設計的承臺規格是18.30 m×180.30 m×4.00 m，采用的是C30混凝土，而樁基礎設計的為鉆孔灌注樁(其直徑φ=3.1 m，數量為9根)，墩身選擇的是圓端實心墩。

2 裂紋特點

此橋梁2#墩承臺的混凝土澆筑結束之后，次日拆模階段發現承臺的頂面及側面形成多條裂紋，其中頂面的裂紋呈現平面狀，但是深度、寬度均≯0.3 mm；而側面裂紋非連貫性，長(最大為188 cm)短(最短為25.9 cm)不同，裂紋的最大寬度是1.0 mm。通過全面調查后對裂紋實施準確標記，同時完成7 d觀測，詳細記錄裂紋發生的變化，最后得出裂紋未出現持續發展跡象。

3 裂紋的形成原因分析

通過對2#承臺大體積混凝土形成的裂紋進行調查分析，從而確定大體積混凝土裂紋的形成原因。

3.1 水化熱比較大

此項目中承臺混凝土澆筑量大約為1 300 m3，厚度>2.0 m，而混凝土導熱性能不良，在混凝土凝結硬化階段會形成大量的水化熱[1]，由于混凝土內部集聚了大量熱量難以有效散出，就造成大體積混凝土表面溫度與內部溫度出現較大差別，因此就會形成溫度應力，當溫度應力比混凝土結構的抗拉強度大，就容易使大體積混凝土形成裂紋。

3.2 配合比缺少合理性

配合比直接關系到大體積混凝土裂紋的形成。通過試驗分析可知，此橋梁項目中承臺大體積混凝土配合比設計中存在的問題為：(1)水灰比較大，利用試驗確定理論配合比之后，施工配合比沒有結合材料含水量實際情況微調，從而導致配合比中水灰比增大；(2)配合比設計中細骨料用量比較多，導致大體積混凝土出現收縮，從而形成了混凝土裂紋。

3.3 水分蒸發干縮

當水泥漿水分蒸發后就會發生干縮現象，同時此種干縮屬于不可逆現象。干縮裂紋的形成是因為大體積混凝土內部、外部水分蒸發的程度不均勻，從而造成大體積混凝土變形[2]。承臺大體積混凝土受到外部環境條件的影響，其表面水分的流失速度比較快，產生的變形也偏大，而內部溫濕度變化幅度較小，形成的變形也偏小，由于表面干縮變形較大受混凝土結構內部約束，兩者之間形成對拉應力，從而就導致大體積混凝土裂紋的形成。

3.4 塑形收縮

通?；炷两K凝之前基本無強度或者是強度較小，由于受到高溫、大風等條件的影響，加快了混凝土結構表面水分流失速度，導致毛細管形成較大負壓，從而引發混凝土體積迅速收縮，加之此階段的混凝土強度無法抵消收縮，因此就會形成混凝土裂紋。

3.5 振搗與養生操作不當

承臺大體積混凝土在振搗過程中存著漏振、過振現象，造成混凝土密實度不達標，也會引發混凝土裂紋問題。同時混凝土達到終凝狀態之后，需要實施二次抹面，此過程中可能會導致混凝土出現收縮裂紋[3]。此外，混凝土養生操作不當，也可能會導致混凝土表面過于干燥而形成干燥裂紋。

4 裂紋預防措施

4.1 優化配合比，減少水化熱材料的用量

具體措施為：(1)控制水灰比，以不影響大體積混凝土結構強度為前提，盡可能降低水灰比；(2)采用低熱水泥與粉煤灰水泥，按照配合比設計規定要求，從合理范圍之內增加粉煤灰用量，以及控制水泥用量；(3)采用級配性能較好的集料，根據相關試驗研究可知，連續級配、碎石粒徑的范圍為5～40 mm以及中粗砂細度模數為2.3～3.7，單位體積混凝土中水泥的用量能夠降低28～35 kg，而水的用量能夠減少20～25 kg，整體效益較為可觀[4]。因此以滿足配合比設計基本要求為基礎，合理提升粗骨料的用量；(4)加入適量的減水劑等相關外加劑，以達到混凝土性能的有效改善。

4.2 混凝土施工控制措施

需要采用下述幾種有效措施：(1)避免混凝土干燥收縮。為了能夠使混凝土澆筑施工階段表面溫度和外界溫度之間的差值<25 ℃，就需要提前對基層與模板實施澆水處理，同時保證均勻、濕透；(2)結合基礎尺寸選擇分層澆筑振搗方式，以及斜面推進施工方法(見圖1所示)，各層的厚度≯40 cm，同時斜面坡度處于1∶6～1∶8，以達到加快散熱、降低水化熱以及減小內外溫度差目的，防止形成溫差應力，從而導致混凝土出現裂紋；(3)合理設置冷卻水管(見圖2所示)，結合承臺基礎厚度實際情況，以每層80 cm設置冷卻水管，通過水泵進行抽水試壓，同時進水口與出水口的溫度之差處于5～10 ℃，由承臺基礎混凝土澆筑開始到澆筑結束后，即15 d內持續性注水，并確保水溫符合要求[5]。

圖1 分段分層澆筑方式

圖2 冷卻水管設置

4.3 振搗及養生措施

高度重視混凝土施工技術人員培訓，要求其全面了解與掌握插入式振搗操作方法，嚴格貫徹“快插慢拔”與“直上直下”的基本原則，同時插點必須均勻，上下應插動，層層需扣搭。合理控制混凝土振搗時間，以確?；炷撩軐嵍确弦?。插入式振搗器實踐應用過程中，移動距離需要小于振動器半徑1.5倍，同時和側模之間的距離處于5～10 cm間，采取保護措施避免預埋件或是鋼筋破損，振搗器插入到下層混凝土的深度控制為5～10 cm。此外，混凝土所有部位都要進行密實振搗，保證混凝土無下沉、無氣泡及無泛漿，表面平整。

表面抹面：在大體積混凝土初凝時選擇木抹子實施首次抹壓，提升面層的密實度。同時在混凝土達到終凝之前，完成第二次抹壓，進一步提升混凝土面層的密實度。

大體積混凝土澆筑施工結束7～28 d，需要從其表面覆蓋一層塑料薄膜或者是潮濕草墊等，使混凝土終凝之前始終處于濕潤狀態，同時安裝遮陽與防風措施，以免混凝土表面水分快速流失而形成裂紋。

5 裂縫處治措施

5.1 表面修補技術

墩身預埋鋼筋部位的裂紋，主要選擇鑿除處理方式，并合理增加鑿除深度，然后重新噴射混凝土進行修補；針對頂面混凝土裂紋，應從其表面進行瀝青噴涂處治。

5.2 注漿法

承臺側面寬度超過0.3 mm的混凝土裂紋，應選用裂縫灌注環氧樹脂以及表面噴涂瀝青的處治技術方案。首先通過高壓氣槍將混凝土裂紋位置的雜質清理干凈，然后利用自動注膠器把環氧樹脂由混凝土裂紋的一端灌填到另外一端，此過程中應確保裂紋內部無氣泡，當灌縫膠達到凝結硬化狀態之后，從其表面均勻噴涂瀝青，見圖3所示。

圖3 注漿

6 總 結

針對承臺大體積混凝土裂紋問題，從配合比優化，減少水化熱材料用量、加強混凝土施工、振搗以及養護控制，同時采取表面修補與注漿法進行混凝土裂紋處治，能夠實現承臺大體積混凝土裂紋的有效防治，為類似項目提供了借鑒。