大跨度预应力混凝土裂缝控制措施

刘如明

（杭州宝基建材有限公司，浙江 杭州 311300）

1 工程概况

某城市桥梁综合改造工程，设计单向三车道，桥梁上部宽度 13m，下部宽度为 6m，墩台根部梁高 4m，跨中部梁高 2m，下部墩台顶尺寸为 5.0m×3.2m，墩底尺寸 3.4m×2.2m，跨度为 [(5×30)＋(40＋70＋40)＋(5×30)]m，桥梁全长为 450.0m，梁横截面形式为单箱单室薄腹梁，现浇预应力后张法钢筋混凝土连续箱梁结构，混凝土强度等级最高为 C55 和 C50，混凝土强度达到设计强度等级的 95% 时，方可施加预应力进行张拉。该工程钢筋用量大，非粘结预应力钢绞线多，钢筋之间、钢绞线螺旋孔之间净距较小，且纵横交错，个别部位钢筋之间净距只有 25mm，因此，要求混凝土粗骨料的粒径宜不大于 20mm，最大粒径不得大于 25mm，设计使用年限 100 年。

2 原材料

（1）水泥：考虑本工程实际结构特点，水泥供应紧张，防止水泥温度过高，应在混凝土公司料仓储存稳定期不少于 3 天，才可用于该工程混凝土的生产。必要时测定水泥的温度，防止温度过高，使用时，水泥温度不宜大于 55℃。尽量采用低水化热或低热硅酸盐水泥，水泥熟料中铝酸三钙 C3A 含量不宜超过 8%，游离氧化钙含量不宜超过 1.0%，硅酸三钙 C3S 含量不宜过高。水泥细度不宜太细，比表面积宜小于 360m2/kg。水泥细度越细，比表面积越大，水化热越大，需水量也越大，收缩性越大；水泥细度越细，混凝土早期强度越高，但后期强度低，有的甚至后期强度不增长，对混凝土结构耐久性和预防早期开裂非常不利。水泥在不影响活性满足使用要求前提下，尽量选择比表面积适中的水泥。本工程选用安徽宁国海螺生产的 P·Ⅱ52.5R 硅酸盐水泥，除其它各项指标满足 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》的要求外，28d 强度在 56MPa 以上、碱含量较低、标准稠度需水量小、水泥稳定性好、水化热低、与外加剂适应性良好、氯离子含量低的水泥。

（2）矿物掺合料：可以选用材料稳定、活性指数高、需水量小、吸水量低的矿粉，适宜的矿物掺合料，可以改善混凝土的性能，减少单方混凝土中水泥用量，降低水化热，降低用水量，减少混凝土裂缝的产生。本工程选用湖州高强 S95 级矿粉，掺量不宜超过胶凝材料总用量的 20%，除活性指标满足要求外，烧失量、三氧化硫、氯离子含量低，其他指标均符合现行标准规范GB/T 18046—2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定。

（3）外加剂：要求氯盐含量低、减水率高，外加剂与水泥适应性要好。采用浙江华力外加剂厂生产的缓凝高效高浓泵送减水外加剂，能够推迟混凝土放热峰值的时间，减小早期裂缝出现的机率，提高抗裂性能。混凝土减水率在 22.5% 左右，减少用水量，降低水泥用量，改善混凝土和易性，减少坍落度损失，混凝土 1 小时坍落度损失在 30mm 左右。对进厂的外加剂，除按常规试验项目外，同时核对质保书等资料。

（4）细骨料：选用颗粒洁净级配良好，且为连续级配的天然河砂。宜用中砂或粗砂，细度模数在 2.5 以上，孔隙率小，含泥量低，泥块含量≤0.4%，含泥量≤2.5%，氯离子含量≤0.02%，坚固性 5 次循环后的质量损失≤6%，其它指标均满足 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》现行标准规范的要求。

（5）粗骨料：考虑钢筋用量多，钢筋之间间距小，混凝土强度高，采用石灰岩破碎成型的碎石。宜优先选用 5～20mm 连续级配的碎石，石子的最大粒径不得超过 25mm，岩石压碎指标≤8%，泥块含量≤0.3%，含泥量≤0.8%，坚固性 5 次循环后的质量损失≤6%，针片状颗粒含量≤10%，且为非碱活性骨料，其它指标均满足 JGJ 52—2006 现行标准规范的要求。

（6）水：应满足 JGJ 63—2006《混凝土用水标准》混凝土用水质量标准要求，严禁使用氯离子含量超标和其他有害物质超标的废水，当使用回收利用废水时，必须经检验合格，方可使用。

3 配合比设计与计算

为满足普通混凝土配合比设计和施工技术要求，保证混凝土结构工程质量，减少收缩裂缝，充分考虑工程结构大跨度、预应力、高强度特点，以及混凝土的结构形式、配筋密度间距、所采用振捣的机具，满足混凝土配制的强度、长期性能、耐久性能、拌合物性能和其他力学性能。本工程混凝土配合比设计不掺用粉煤灰，以降低混凝土的碳化深度；同时为保证良好的流动性、施工的可操作性、良好的可泵性和混凝土的密实度，水胶比宜控制在 0.4 以内，砂率宜控制在 38% 左右。出机坍落度不宜大于 200mm，现场坍落度不宜大于 160mm，粗骨料的最大粒径不宜大于 25mm，胶凝材料总用量不宜大于 520kg/m3，单方用水量不宜大于 180kg，并进行评估计算，氯离子含量不宜大于 0.04%，混凝土中碱含量不宜大于 3.0kg/m³。凝结时间：初凝宜控制在 5～7小时，终凝宜控制在 7～9 小时。

4 生产配料计量

生产前核查确认混凝土配合比、各种原材料品种、规格、数量、储料筒仓是否与配合比一致，生产过程计量是否准确无误。为保证混凝土的匀质性，应比普通混凝土搅拌时间延长 15s，混凝土出厂前增加检测频率，确保每车拌合物的坍落度、和易性、匀质性等性能指标符合设计要求。加强出厂检验工作。

5 运输与泵送

混凝土到达施工现场后，做好质量验收工作，入泵前核对每车混凝土小票、强度等级、数量、发车时间，以及浇筑时间、浇筑部位、坍落度、施工性能等是否符合要求，准确无误后方可卸料泵送。严格控制质量，发现混凝土离析或坍落度不符合要求时，禁止卸料，做好交货检验记录，严禁工地随意加水。每车混凝土从加水生产开始至浇筑完毕不超过 1.5 小时，超过规定时间予以退回。该工程一次浇筑约 1150m3，且必须连续不间断浇筑，为保证混凝土的需求不间断供应，合理配备运输车辆和泵送设备，由于运距较近，需配备 12 辆12m3的搅拌运输车，保证每小时运输 80～120m3。预应力桥梁板一次浇筑总跨度 150m，最大单跨 70m，宽度13m，要求在 12 小时之内完成浇筑任务。为保证混凝土浇捣的连续性，防止混凝土由于间隔时间过长，产生施工缝或冷缝，配备 2 台 54m 汽车泵，现场两台泵车分别布置在桥梁板跨度两端的 1/4 处，两台泵车之间距离约为 80m，中间不用移动泵车，做好应急预案，并备有一台 48m 的汽车泵备用，保证混凝土供应运输泵送的连续性。

6 混凝土施工浇筑

混凝土浇筑前应对支架按箱梁自重的 120% 进行预压，预压时同一施工段内必须同时进行，以免支架受力不均匀。提前确定浇筑施工方案和顺序，为便于施工，保证混凝土的密实性、均匀性、连续性，箱梁 [(5×30)＋(40＋70＋40)＋(5×30)]m，分三段浇捣，每段分两次浇筑。采用两次浇筑时，施工缝宜设置在箱梁上倒角下端。浇筑顺序为：第一次浇筑底板、腹板，第二次再浇筑顶板，两次之间可留水平施工缝。在第一次浇筑混凝土强度达到 2.5MPa 后，按要求对第一次浇筑混凝土表面凿毛，用水冲洗并处理干净。在第二次浇筑前，应对凿毛部位处理干净，并不得有积水、杂物，混凝土施工缝表面涂刷一层水泥浆，再沿水平施工缝铺一层 1～2cm 左右 1:2 水泥砂浆。配备两台 54m 汽车泵，应同时对称分层均匀浇筑，严禁泵送时集中一点进行浇筑。浇捣前还应检查模板、钢筋是否清理干净，各种预埋件、预留孔位置是否准确、固定是否牢固、钢筋保护层厚度是否符合规范设计要求。为保证混凝土的质量，箱梁底板厚度 250～300mm 可不分层浇筑；浇筑薄腹板梁高部位，每次沿梁高度浇捣 300mm 左右，不超过 500mm。分层浇捣应在下层混凝土初凝之前进行，并对混凝土进行二次振捣，宜控制在 1.5 小时内，避免出现施工缝、冷缝。振动时宜快插慢拔，振捣均匀，确保振幅有效范围内，不得漏振、也不得过振，尤其在薄腹板、梁、板交接部位、预埋波纹管部位和钢筋密集处加强质量控制，避免分段浇筑不同龄期造成混凝土结构收缩裂缝。混凝土浇筑后应在初凝前进行二次或多次抹压，清除表面多余浮浆，减少表面塑性裂缝，终凝前对浇筑面进行拉毛。及时覆盖塑料薄膜，毛毯及其他防护措施，进行保温、保湿养护，减少温度裂缝和干缩裂缝的发生。

7 混凝土养护

混凝土箱梁和桥面浇筑完成后，为保证混凝土的温度和湿度，凝结硬化后，立即用塑料薄膜覆盖混凝土表面或喷洒混凝土养护剂，以防止混凝土凝结硬化过程中多余水分蒸发逸出。薄膜密封养护可以大幅度减少混凝土的早期收缩，最好用塑料薄膜再加毛毯覆盖，也可采用蓄水养护，但蓄水养护需掌握混凝土凝结时间和水的温度。混凝土终凝后，严禁使用冷水管直接喷淋混凝土表面，严禁使用消防水龙头直接喷洒养护。混凝土硬化过程放出大量的热，这时如果水温过低，混凝土内部与混凝土表面温差、混凝土表面与养护用水温差过大，很容易引起混凝土结构内部及表面开裂，因此温差不宜超过 15℃。当养护用水湿度不足时，尽可能采用喷淋雾水养护或蓄水养护，防止表面受温度、湿度环境因素的影响。养护时间不得少于 14 天。

8 结语

由于钢筋混凝土结构裂缝控制比较复杂，涉及面广，尤其是大跨度预应力钢筋混凝土箱梁、桥面板结构的裂缝控制技术，应根据工程结构特点、环境因素、设计要求、有关材料和配合比、混凝土的生产、施工工艺等各个环节，采取综合有效合理的裂缝控制措施，才能预防结构裂缝的产生，保证混凝土结构质量、强度、安全性、耐久性和稳定性。