重庆某长江大桥承台混凝土开裂的原因分析及控制控制措施

曾磊

【摘要】以重庆某长江大桥工程为例，提出对大桥承台混凝土一次浇筑施工裂纹控制的解决办法，系统地分析了裂缝原因及优化控制处理的施工要点。该工程取得了良好的成效，对类似工程的施工积累了经验。

【关键词】大体积 混凝土 裂纹 控制

1 混凝土开裂原因分析

1.1 工程简介

重庆某长江大桥为南川至涪陵高速公路跨越长江的788m悬索桥，主要连接涪陵主城与李渡新区。该桥南塔承台为矩形，平面尺寸为20.5×20.5m，厚6.0m，采用C30混凝土。单个承台混凝土方量为2521.5m3，为大体积混凝土结构。承台基坑开挖后其底标高为+171.00m～+172.00m。

由于三峡大坝于2010年11月蓄水至+175.00m，届时江水将淹没承台施工作业区域，南塔承台如何施工直接关系到本工程整个工期的控制。由于工期要求，承台混凝土施工采用常规的两至三次施工浇筑工艺不能满足要求，只能采用一次浇筑工艺，这对承台大体积混凝土施工控制，提出了较高的要求。

1.2 混凝土裂纹产生原因分析

要解决混凝土结构裂缝问题，必须从裂缝形成的原因入手，裂缝的形式很多，正确判断和分析裂缝成因是采取有效措施控制裂缝形成和发展以及对建筑造成危害的基础。

⑴ 高强度混凝土收缩及水化热增加

建筑结构混凝土强度等级日趨提高，采用高强度高标号混凝土，导致水泥标号增加，水泥用量增加，用水量增加，细骨料及粗骨料径偏小，砂率偏大等导致水化热及收缩加剧。致使混凝土产生裂纹的几率大大增大。

⑵ 混凝土外加剂的负效应

现阶段混凝土施工过程中外减水剂、缓凝剂及引气剂等外加剂使用频繁，在许多时候出现外加剂掺量过多导致结构收缩变形加剧。减水剂过量会导致混凝土产生大量泌水，加大了混凝土塑性收缩。缓凝剂过量会导致混凝土长期处于塑性状态，表面大量失水，结构底部大量吸水，骨料沉降，加大混凝土塑性收缩。引气剂过量会导致混凝土强度降低，混凝土与钢筋粘结性能下降，抗拉性能大幅降低，混凝土早期裂纹增加。

⑶ 混凝土抗拉性能不足

日常混凝土设计只注重混凝土强度指标，缺乏混凝土抗拉性能的控制指标。导致混凝土由于抗拉性能不足（抗拉强 度和极限拉伸） 产生裂纹。

⑷ 养护方法不当

目前在混凝土施工中采用的养护方法基本沿用过去简易的方法，这种方法已远不适应泵送混凝土的较大温度收缩变形的要求。

2 混凝土配比优化设计

2.1材料试验分析

2.1.1水泥

随水泥强度等级的提高，水泥混凝土收缩开裂总权重增大。这就意味着采用高标号水泥存在着易塑性收缩开裂的危险。

2.1.2活性掺和料品种

在内掺20%情况下矿渣粉可使塑性开裂总权重提高3倍以上，而二级粉煤灰可使塑性开裂总权重基本没有变化，因此粉煤灰掺入可以降低高性能混凝土开裂风险。

2.1.3水泥用量

随水泥用量提高，水泥混凝土收缩开裂总权重值增大，这就意味着采用高水泥用量存在着易塑性开裂的风险。

2.1.4砂率对塑性开裂的影响

随混凝土配合比中砂率的下降，混凝土的塑性开裂总权重减少了约100%。这结果可以粗略估计以粗集料代替细集料可减少水泥材料的塑性收缩开裂可能性，即混凝土比砂浆不易塑性开裂，只是由于当粗集料取代部分细集料后，集料的比表面积将进一步减少，也就是可供蒸发的水量进一步增加，从而使系统塑性开裂性能进一步减小。

⑸2.1.5水灰比对塑性开裂的影响

随着混凝土水灰比增大，水泥混凝土收缩开裂总权重增加，当水灰比从0.40提高到0.55，开裂风险增加138%以上，此外，水灰比过也有小可能提高混凝土的开裂风险，这是由于混凝土自收缩引起的。

2.2 混凝土配合比优化设计

2.2.1采用低水化热的胶凝材料体系

承台采取普通硅酸盐水泥加矿渣、粉煤灰的组合。粉煤灰选用组分均匀、各项性能指标稳定的低钙灰（F类）。粉煤灰品质首先注重烧失量和需水量比。磨细矿粉比表面积控制在400～450m2/kg；需水量比不大于100%；烧失量不大于5%；28d活性指数不小于95%；

2.2.2选用优质聚羧酸类缓凝高效减水剂

缓凝高效聚羧酸减水剂，兼顾减水、引气和缓凝效果，可以延缓水化热的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。

2.2.3 掺加优质引气剂

控制砼含气量在3～4%左右，可改善混凝土和易性、均质性，提高砼变形性能和抗开裂性能力。

2.2.4选用级配良好、低热膨胀系数、低吸水率的粗集料，如石灰岩。

优质骨料体积稳定性好，用水量小，可减小混凝土的收缩变形。粗集料含泥量不超过1%，细集料含泥量不超过2%。

2.2.5用低流动性混凝土

在满足施工的前提下，使用坍落度相对较低的混凝土，有利于减少混凝土用水量，降低温升、减少干缩，提高抗开裂性能。

2.3 混凝土抗裂工艺要点

在优化混凝土配合比的同时，对承台浇筑施工工艺进行了进一步的优化。通过原材料温度、混凝土运输、浇筑控制及后期养护等方面采取措施控制，保证混凝土结构质量。

2.3.1混凝土施工控制

（a）混凝土入仓温度控制

水泥提前三天进场，使用前充分冷却，控制水泥温度低于40℃。

砂石料仓搭设遮阳棚，堆高并底层取料，石子料仓安装自动喷淋装置，采用冷却水喷淋降温，控制石子温度低于25℃。

避免模板和新浇筑混凝土受阳光直射，入模前的模板与钢筋温度以及附近的局部气温不超过40℃。此外，合理安排工期，尽量在夜间浇筑混凝土。

为减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升，混凝土泵管外包裹土工织物遮阳，并洒水润湿。

（b）控制混凝土分层厚度

控制承台分层之间的浇筑间歇时间。混凝土采用薄层浇注方法，严格控制分层厚度不大于50cm，保证在初凝时间内上层混凝土必须覆盖下层混凝土。混凝土浇注采用由承台两端向承台内侧推进的方式。

2.3.2养护过程中控制措施

（a）混凝土外层保温保湿措施

在承台混凝土浇完后，不仅混凝土内部严格按照温控要求进行通水降温，且在表面进行蓄水养护以降低内外温差。等承台混凝土达到强度后，在承台上铺上20cm黄沙，不仅保温，同时起到保护承台的作用，防止物件碰损承台表面的混凝土。

承台混凝土施工保湿尤为重要，混凝土内按要求通水降温，模板拆除后在承台混凝土侧面覆盖两层塑料薄膜保湿，承台顶面混凝土采用土工布和黄沙覆盖，洒水进行养护。

气温骤降是砼表面产生浅层裂缝的重要原因。因此应特别重视砼的保温工作，控制砼的内表温差在20℃以内。

（b）混凝土内部温度控制

根据混凝土内部温度分布特征，在承台混凝土中埋设5层冷却水管，冷却水管为φ40mm的薄壁钢管。其水平间距为1m，竖向间距为0.8～1m，冷却水管距混凝土侧面应大于1.0m，每根冷却水管长度不超过200m。冷却水管的出水口和进水口采取集中布置、统一管理，并标识清楚。

在承台混凝土中布设4层温度测点，位于冷却水管中间，冷却水管上也适当布置测温传感器。现场温控测试项目均在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。混凝土的温度监测，峰值以前每2h监测一次，峰值出现后每4h监测一次，持续5天，然后转入每天测2次，直到温度变化基本稳定，每次观测完成后及时填写记录表。在检测混凝土温度变化的同时，还进行气温、冷却水管进出口水温、混凝土浇筑温度等项目的监测。

3. 总结

重庆某长江大桥南塔承台施工通过原材料试验，配合比调整、混凝土施工控制。改善了混凝土凝固过程中的外部环境，减少了混凝土表面裂纹的产生，取得了较好的质量效果。