浅谈40m部分预应力薄壁箱梁混凝土裂缝控制技术

◆王 兵 邵恩贤 邓小军

(山东省交通工程监理咨询公司;山东省交通工程监理咨询公司;山东交通职业学院)

一、概述

滨州黄河公铁两用特大桥40m箱梁使用的是C60混凝土，它需要掺加除水泥外其它一些胶凝材料(如粉煤灰等);需要使用性能更优的外加剂，以及低水胶比。也正是由于这些要求使混凝土薄壁箱梁在施工中更容易产生裂缝。这些裂缝的产生无疑是对箱梁混凝土的耐久性和桥梁使用寿命的一个极为不利的因素。为此，我们针对滨州黄河公铁大桥40m部分预应力混凝土箱梁的施工，一开始就对裂缝问题给予高度的重视，在许多方面做出了一些研究和探讨及有益的尝试，取得了较好的效果。

二、裂缝成因分析

1.滨州黄河公铁两用大桥40m箱梁使用的是C60混凝土，桥梁全长40.6m，混凝土方量为102.7m3，理论重量270 吨。

2.裂缝产生原因

(1)施工过程导致裂缝的原因:

由于周围环境的相互作用，以及水及胶凝材料本身的反应会使混凝土自身产生体积变化，体积变化受到内部或外部的约束产生拉应力，如果拉应力大于混凝土当时的抗拉能力，就会产生裂缝。一般有如下几种现象:①塑性沉降;②塑性收缩;③自身收缩;④热应力裂缝;

(2)裂缝产生的形态与时间

首先分析裂缝是何时出现的。一般几小时内产生的裂缝叫塑性收缩，此时混凝土还没有初凝，其走向一般环绕骨料，出现时一般密度较大，不贯穿;在几天内产生的裂缝，一般是由于温度引起的体积变化，叫热应力裂缝，在预应力张拉后一般会闭合;若是在几周内产生的裂缝，则是收缩引起的，或外部干燥引起的，叫干缩裂缝，在水平面上其方向是随意的，在斜面上趋于与斜面垂直。

三、裂缝控制措施

(一)优化混凝土配合比

1.配合比设计阶段:尽量避免早强、超强。试配阶段应进行抗裂性能的对比试验，并从中优选性能良好的混凝土原材料和配比，还要混凝土弹模、不同龄期自由收缩和徐变试验。

改善混凝土配合比应遵循的一般原则如下:

(1)选用质量稳定，并有利于改善混凝土抗裂性能的水泥和集料等原材料，在混凝土中掺入矿物掺和料，并掺量合适。还要时刻了解原材料的变化，特别是粉煤灰、外加剂等的变化情况。经过对多个厂家的水泥进行比较，并对矿粉与粉煤灰进行单掺、双掺等分别进行试验，最终确定了采用鲁宏牌52.5普通硅酸盐水泥、滕州电厂I级粉煤灰作为胶凝材料。

(2)控制胶凝材料的总用量，并设法将温度高峰值朝后推，即推迟温度峰值产生的时间。

(3)适当降低混凝土的水胶比。但水胶比过小，则其抵御温差的能力非常低，极易出现混凝土的早期开裂。所以不提倡一味的降低水胶比。

2.拌制混凝土时，应严格执行配合比

(1)拌制时，原材料及各种矿物掺和料、外加剂的计量要非常准确，特别是原材料(砂、石)的含水率的变化。掺合料的充分分散是关系到混凝土的性能的关键。同时，拌合时间也要稍长一些，因为C60混凝土比较脆弱，波动性较大。

(2)由于矿粉的细度比粉煤灰更大，因此，选用I级粉煤灰作为掺和料。但粉煤灰的比表面积也比水泥大若干倍，致使C60混凝土水化时释放的热量多;同时其温度控制要求高，体内温升峰值控制困难，特别是箱梁这种大体积、薄壁混凝土结构水化热升高使温差加大，更容易产生裂缝。特别是夏天，要对砂石料遮阳、降温，水泥要提前进货、预留散热时间或采用冰水拌和等其他降温措施。

(3)施工时保证新浇混凝土能及时并有连续较长的养护时间。

(4)严格控制一些关键温度:①控制混凝土的入模温度，不宜超过28℃，不应大于30℃;②混凝土的表面接触物与混凝土的表面温差不大于15℃;③混凝土的初始温度和出机温度宜控制在5℃ ～28之间。

(二)控制裂缝产生的另一个措施是良好的养护

1.养护材料:宜选择粗麻布织物或土工布，滨州黄河公铁大桥40m箱梁预制采用的是比较好的土工布与塑料薄膜相结合的措施。

2.养护开始时间:应在浇注完毕后立即进行覆盖保温。对于所有暴露的没有模板覆盖的表面包括箱内底板顶面，在不影响混凝土表面质地的情况下应尽早安放养护物。箱梁顶板，在浇注完收浆抹平之后，应开始覆盖塑料薄膜及养护毯，并有足够的重叠，以形成有效的防燥密封，然后立即浇湿(冬天除外)，并在整个养护期内保持湿润状态。洒水养护采用喷雾器，湿养护应不间断，不得形成干湿循环，掌握适当的时间间隔，在养护期内保持表面潮湿，养护时间应到预应力张拉为止。

3.拆模后的养护以浇水养护为主，当侧模拆除后均应不间断的浇水养护。

4.保温养护。在混凝土水化热出现之前，即应采用蓬布等材料将梁体整个包裹严密，充分利用混凝土水化反应产生的热量，利用大型风扇将箱体内的热空气抽排至箱体外的封闭空间，以达到降低内外温差的效果。

5.蒸养。蒸汽养生是冬天控制梁体温升的一个好方法，但它必须严格，无论升温、还是降温。还应特别注意升温的最高幅度，最高值及间隔时间。由于40m箱梁体积大，很难达到上述要求，因此本工程未采取蒸养，而是采用在密封的蓬布养护棚内生若干火炉保温。

(三)二次张拉的措施

为防止箱梁混凝土早期出现裂缝，我们在滨州黄河公铁大桥40m箱梁预制时作了一些有益的尝试，即对箱梁进行二次张拉，即初张拉和终张拉。它的原理是混凝土早期温度增长过程中，水化热变化大，混凝土抗拉强度非常低，极易产生裂缝，此时我们采取初张拉，给其施加一定的压应力，以补偿早期混凝土弹模及强度的不足，这样可以有效的控制混凝土早期裂缝的出现。

初张拉越早越有利，但考虑到混凝土早期强度和弹性模量的不足，锚下应力过大容易造成锚下局部开裂。根据对箱梁的温度监测，混凝土在浇注12h到48h时升到温度最高值62℃，之后温度开始下降，七天后接近环境温度(20℃)。根据试验室对混凝土的早期强度增长情况统计，还有设计院对梁体本身及锚下应力推算，我们控制初张拉时混凝土的强度不小于40MPa，弹模不小于20GPa，张拉控制力按箱箱梁腹板设计张拉力的30%控制。另外，由于内模和变截面段混凝土收缩产生约束作用，为了保证初张拉的有效进行，必须在内模快速拆除之后方可进行。

四、结束语

高标号混凝土的薄壁箱梁施工裂缝是极易发生的，但采取合理的配合比，恰当的养护方法后，也是可以避免的。滨州黄河公铁大桥40m部分预应力薄壁箱梁裂缝控制方法，取得了较好效果，值得在今后类似桥梁施工中予以推广，对其他类型桥梁也有借鉴意义。