【摘要】本文针对客运专线预应力混凝土简支箱梁夏季施工时梁体的结构特点,对后张法简支箱梁C50高强混凝土的裂纹成因、预防及控制措施等进行介绍。
【关键词】预应力梁，混凝土施工，裂纹，预防及控制
1概述
客运专线设计时速350km/h、使用寿命100年，设计方面对梁体的耐久性及抗裂性能要求非常严格。在客专主线桥梁上部结构梁体设计900t箱梁，均设计厂集中预制，而900t箱梁每榀梁设计350m3混凝土，要求在6h内浇筑完混凝土，因此在夏季施工时，必须严格控制混凝土的各方面性能，以防梁体产生裂纹。
2裂纹预防及控制目的
时速350km的客运线对线路状态变形要求很高,而梁体是控制运行状态的主要结构物,因此梁施工阶段的混凝土质量控制至为关键。梁体裂纹控制的目的在于减少引发裂纹的各种因素,抑制混凝土在硬化阶段裂纹的发展趋势,使得梁体混凝土不产生裂纹或者控制裂纹在允许范围内,从而提高混凝土的耐久性,达到预期的使用寿命。
3裂纹成因分析
混凝土裂纹在施工中产生的原因,可大致归纳为以下几方面。
3.1温度应力
混凝土具有热胀冷缩性质,其温度线膨胀系数一般为(1.0～1.5)×10-5/℃。并且由于混凝土是热的不良导体,胶凝材料水化后产生的大量水化热难以迅速释放,造成内部温度迅速升高,易产生比较大的温度变形。混凝土内外温差过大,当温度应力超过混凝土的极限拉应力时,就会产生裂纹。
3.2养护条件
养护是混凝土硬化过程极其重要阶段,它对裂纹的产生有着关键影响。混凝土在标准养护条件下,一般不会开裂。而在施工中要做到标准养护条件往往是很困难的，因此只能控制混凝土养护中接近标养条件的湿度和温度,混凝土出现裂纹的可能性就越小。
3.3施工质量
混凝土在浇筑施工中,振捣不均匀,或是漏振、过振等,会造成混凝土离析、粗细集料和胶结料分布不均匀、密实度差,从而降低结构的整体强度。混凝土内部气泡不能完全排除时,气泡附着在钢筋表面则降低了混凝土与钢筋的粘结力,容易产生裂纹。
3.4原材料及配合比
原材料质量和配合比设计直接影响混凝土的性能和强度,是混凝土裂纹形成不可忽略的原因。砂、碎石含泥量超标、级配不良,外加剂、掺合料选用不合理,配合比设计不当,例如水胶比、水泥用量过大、砂率不当等,都会导致混凝土拌和物性能不好,收缩增大,从而增大裂纹发生的机率。
4裂纹预防及控制措施
根据以上成因分析,梁体混凝土裂纹预防及控制拟从事先(配合比优化设计)、事中(混凝土施工过程控制)、事后(养护)三阶段分别采取措施。
4.1优化配合比设计
4.1.1优选原材料
水泥:由于混凝土内部温升主要是由水泥水化热产生,为尽可能地降低水化热及其释放速率,应优先考虑采用早期水化热低、C3A含量低、细度适合的水泥并尽可能降低水泥用量。
掺合料:在胶凝材料总量中,提高粉煤灰、矿粉所占比例,可降低水化热、水胶比,延缓、推迟混凝土内部温度峰值出现时间,提高混凝土密实性及耐久性。粉煤灰应采用Ⅰ级;矿粉,可采用S95级磨细高炉矿渣。
外加剂:外加剂应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、质量稳定、能满足混凝土耐久性能的产品。
粗、细集料:细集料采用级配良好砂,细度模数为2.6～3.0,含泥量不大于1%;粗骨料采用级配、粒形好的碎石,采用5mm～10mm和10mm～20mm两种级配碎石（一般按照4：6配料）分级堆放、分级计量。级配良好、空隙率小的粗细集料可以有效降低混凝土的用水量和胶凝用量,从而降低混凝土水化热,减小裂纹产生的可能性。
4.1.2混凝土配合比优化设计
为满足混凝土的耐久性,提高混凝土的抗裂性能。在设计梁体混凝土配合比时,应注意:低水胶比(<0.3)，坍落度(200mm±20mm),3d抗压强度>38.5MPa，10d抗压强度>53.5MPa。针对以上梁体胶凝材料总量设计时分别为480kg/m3及490kg/m3,水泥用量340kgm3及320kgm3,有效地降低了混凝土的最高温升。对该配合比内部温度进行实测,环境温度为26℃时,混凝土拌和物出机温度为28℃,蒸汽养护阶段混凝土芯部最高温度为59℃,满足设计要求。
4.2施工过程裂纹控制措施
4.2.1拌制混凝土
C50混凝土理论配合比每m3用量，单位：kg
混凝土的拌和应严格按照有关规定执行。
①搅拌站生产控制。各种原材料的计量要非常准确,应采用全自动智能控制搅拌系统,防止因为原材料计量的偏差引起配合比的变化。为充分分散矿物掺合料,搅拌时间应较普通混凝土稍微延长一些,一般控制在120s左右。拌和用水,夏季气温高时,采用加冰水或直接采用地下井水搅拌混凝土。
②控制原材料进仓温度。对原材料的进仓温度要严格控制,控制其温度不大于40℃。可采取对砂石料堆、集料仓采用喷洒冷水、搭设遮阳蓬等方法,降低集料温度;
4.2.2施工现场控制措施
4.2.2.1选择适宜的开盘时间
夏季一般安排在傍晚16:00～18:00时段开始浇筑,不宜在早晨浇筑以免白天温度上升时加剧混凝土的内部温升。控制混凝土入模温度10～30℃。炎热天气下灌注混凝土,应尽量避免模板和新浇混凝土受阳光暴晒。
4.2.2.2混凝土运输
夏季应对混凝土运输罐车车身浇洒冷水以避免车身热量传入混凝土导致混凝土温度升高。
4.2.2.3混凝土浇筑
控制混凝土的浇筑速度在满足总体浇筑时间不大于6h的前提下,不宜过快,通过混凝土自身散热,降低混凝土内部温度。通过斜向分段、水平分层浇筑来提高散热量。最大分层厚度不宜大于300mm。
4.2.2.4拆模
拆模除了要考虑强度因素外,还应考虑混凝土的温度。梁体芯部与表层、表层与环境温差均不得大于15℃。混凝土的温度不能过高,以免混凝土接触空气时降温过快而开裂,更不能在此时浇筑冷水养护。混凝土内部开始降温前以及混凝土内部温度最高时不得拆模。
4.3养护过程控制措施
受气温、相对湿度、混凝土内外温差、风速等因素影响,养护过程是混凝土对塑性收缩裂纹最敏感的时段。养护分蒸汽养护和自然养护两个过程，蒸汽养护严格按照静停、升温、恒温、降温四个阶段，自然洒水养护时间不少于14天，以下具体介绍一下蒸汽养护过程的测温方案。
4.3.1测温点布设
梁体测温点共设6处。分别为:①梁跨度1/4L、1/2L、3/4L处侧芯部及养护棚内,共设8点测温,芯部温度开始采用预埋测温专用探头，棚内及环境温度直接悬挂普通玻璃温度计测量。
4.3.2测温方案
蒸汽养护过程中的静停、升温、恒温、降温四个阶段每0.5h由专门测温人员测温一次，根据测温数据来控制送汽量大小。升、降温阶段控制温度不大于10℃，恒温阶段最高温度不大于60℃。在蒸汽养护过程中还要严格测蒸汽养护棚内相对湿度，使湿度控制在90～100%。
4.3.3数据处理和应急措施
测温记录每天要及时整理,芯部温度、表面温度、环境温度和棚内相对湿度所测点数的平均值。计算整理完毕后,根据时间、温度数值及温度曲线,芯部、表面、环境温度分别用不同颜色区分,参照温度曲线可及时对混凝土养护情况作出反馈。例如,当环境温度与混凝土表面温度、混凝土表面温度与芯部温差达到15℃时,进入预警状态,要根据实测温度,查找原因,采取相应措施降低温差。通过采用上述措施,均取得了很好的效果。
5结束语
混凝土裂纹的形成往往是几种因素综合作用的结果,原因非常复杂。如果措施不力,工艺不正确,极容易产生裂纹。我们只是在控制裂纹的产生方面做了一些有益的尝试。实践证明效果是良好的,混凝土裂纹得到了有效的控制。总之,通过优化混凝土配合比,加强施工过程控制,加强养护,预制梁裂纹可以控制。
参考文献：
1）混凝土工程裂纹预防与控制富文权韩素芳中国铁道出版社2007
2）高速与客运专线铁路施工工艺手册杜永昌科学技术文献出版社2006
3)土木工程材料黄政宇高等教育出版社2004
4)客运专线高性能混凝土暂行技术条件谢永江铁道部科学技术司2005
