铁路客运专线箱梁梁体混凝土开裂原因分析与控制.pdf

第1 3 卷第2 期 2 0 1 4年 6月 石家庄铁路职业技术学院学报 VO L 1 3 No 2 J OUR NAL OF S HI J I AZHUANG I NS T I TUTE OF RAI U A Y T ECHN0L0GY J un 2 0 1 4 铁路客运专线箱梁梁体混凝土 开裂原 因分析与控制 张 士彩 ( 石家庄铁道大学 河北石家庄0 5 0 0 8 1 ) 摘要：统计目前铁路客运专线箱梁梁体混凝土开裂的现状，分析开裂的主要原因，介绍箱梁梁 体混凝土开裂的预防理念和具体措施。 关键词：梁体混凝土 开裂 原因分析 控制措施 中图分类号： U 4 1 4 文献标识码： A 文章编号 ： 1 6 7 3 - 1 8 1 6 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 3 7 0 3 1 引言 随着我国铁路建设事业的发展 ，高性能混凝土 已经在各铁路项 目普遍采用 。特别高速铁路和铁 路客运专线的箱梁施工，采用 的都是高性能混凝土。在近几年的箱梁预制施工过程中，箱梁混凝土 的开裂象成了各施工单位的质量通病。 箱梁混凝土的开裂从发生的时间段划分，大致可分为早期开裂和后期开裂两大类。早期开裂是 指在混凝土拆模前后，非外加荷载 引起 的混凝土 的开裂；后期开裂是指混凝土 自然养护 以及 以后的 施工配套阶段， 由于各种外界因素造成的混凝土开裂 。 由于混凝土的开裂会严重影响箱梁 的耐久性，导致不能实现 高性能混凝土耐久性的指标。控制 箱梁混凝土开裂就成了各箱梁预制场质量控制工作的重点。 2 箱梁混凝土开裂病害现状 根据统计，箱梁混凝土早期开裂部位主要是箱梁顶底板上表面、箱梁两端腹板与顶底板的交角 处，开裂形式主要表现为两种： ( 1 )混凝土表面开裂，主要存在于箱梁顶、底板上表面。 ( 2 )混 凝土截面 的半通透裂缝 ，主要存在于箱梁两端腹板与顶底板 的交角处；箱梁的后期开裂主要是箱梁 表面的龟裂及箱梁沿预应力管道的纵向裂缝。 3 箱梁裂缝因素的作用机理 根据 目 前高性能混凝土相关科研研究，造成高性能混凝土开裂的主要有以下因素：混凝土温差 收缩、混凝土塑性收缩、混凝土干缩以及冻胀等因素。 对预制箱粱而言，混凝土温差收缩引起开裂是指由于箱梁各部混凝土在硬化过程中不同区域温 度不同、拆模后环境造成箱梁混凝土表面和芯部温度不同而引起相邻混凝土膨胀收缩的数值不同， 收稿日期：2 0 1 4 - 0 3 1 7 作者简介：张士彩 ( 1 9 6 9 一 )，女，河北石家庄人，高级工程师，研究方向高速铁路桥梁施工技术。 3 7 石家庄铁路职业技术学院学报 2 0 1 4年第 2期 进而在相邻混凝土单元见产生温度拉应力，当此应力值超过混凝土本身的抗拉极限，混凝土就会开 裂；混凝土塑性收缩是指混凝土终凝前，其中的水份因蒸发、水化而不断减少，这部分水份不可能 及时从外界得到补充，从而使混凝土体系体积减少，当混凝土体系体积变化受到约束时，就会产生 拉应力，此拉应力超过混凝土本身的承受极限，混凝土就会开裂：混凝土的干缩是指混凝土结硬以 后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩 ( 干缩)。因混凝土 表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受 到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产 生收缩裂缝；冻胀是箱梁混凝土内残存的水分在寒冷季节，来不及被吸收，而被冻结，造成混凝土 局部开裂。 4 造成箱梁混凝土开裂的主要原因 箱梁的顶、底板上表面终凝前的开裂主要是由于混凝土塑性收缩引起；蒸汽养护过程中出现的 裂缝主要是由于混凝 土表面与芯部温差太大 ，即混凝土从表 面到芯部的温度变化梯度过大 ( 超过 l 5 。 C)，或是拆模时梁体表面温度和环境温度温差太大 ( 超过 l 5 。 C)，致使温差收缩超过混凝土 自 身耐受程度而引起。 主要存在于箱梁两端腹板与项底板的交角处的半通透裂缝，主要是由于箱梁蒸汽养护阶段，蒸 汽供应不均匀、覆盖措施不到位，造成梁端混凝土表面和心部温度差超过 l 5 。 C；或拆模时梁端混凝 土表面和环境温差温差没有控制在 l 5 。 C以内造成的。在箱梁的蒸汽养护过程中，如果供热不合理， 加上箱梁各部混凝土存在不同的自然临界面， 造成箱梁各部的水化速度、内部温度不可能完全一致， 这种不一致就会造成一定大小的温度应力存在。在温度变化较大的相邻区域就容易造成温度拉应力 超过混凝土实时抗拉强度极限，混凝土就会开裂 。由于这种温度变化是箱梁不同区域间的，造成的 裂缝也就往往是彼此区域问的贯通裂缝。在箱梁蒸养过程 中和拆模后，两端的环境相对更易受环境 因素干扰，所以这种贯通裂缝就经常出现在两端。 拆模后的 自然养护阶段 ，箱梁各表面出现的浅表龟裂裂缝是 由于混凝土干缩引起的，主要是因 为 自然养护阶段养护措施不到位，如洒水不及时、洒水不全面 、专用养护剂不合格等。 对于高寒地区，冬季施工措施不到位，造成箱梁压浆的冻胀是箱梁沿预应力管道的纵向裂缝产 生的主要原因。 5 箱梁混凝土开裂的预防措施 5 1针对温度收缩现象主要采取以下措施预防 ( 1 )采用低水化热的混凝土配 比 混凝土选配过程中，在满足混凝土强度、耐久性、坍落度等综合性能指标的前提下，减少单位 体积混凝土中水泥用量 ，并尽量使用低水化热品种、品牌的水凝；同时掺入优质粉煤灰、矿粉等掺 和料 。 ( 2 )在制定箱梁蒸养工艺时，优化供热布局。采用顶板上部空间、箱梁内部空间、底板下部空 间及箱梁翼板下部空间，l 6 个供汽阀门同时供汽加温方案，同时加强对两端保温措施及混凝土内外 温差的控制 。 ( 3 )加大温度检测频率。在每片箱梁不同部位设置 l 6个检测点，并采用全 自动温度巡检设备 3 8 第 2期 张士彩 铁路客运专线箱梁梁体混凝土开裂原因分析与控制 对箱梁各部位温度进行不问断监控，发现各部温差超过 l 0度，立刻调整各部蒸汽供应量，使温度趋 于均衡 。 ( 4 ) 严格控制拆模时环境温度和梁体混凝土表面温度、 梁体混您固体芯部温度和梁体表面温度 差，必须各温差小于 l 5 度时才可拆除模板。 5 2针对混凝土自收缩主要采取以下预防措施： ( 1 )采用 自收缩小的混凝土配合比 在混凝土中掺入适量的粉煤灰和矿粉可有效降低混凝土的自收缩率 ( 试验证明，在混凝土中掺 入 2 5左右 的粉煤灰可减少 5 0 左右 的混凝土 自收缩)。 ( 2 )降低混凝土初凝前的温度 ，在混凝土初凝后 自收缩应力发展 同时，均衡提高混凝土温度， 抵消 自收缩对混凝土体积的影 响 ( 混凝土的膨胀率约为 1 0 u每度 )。 ( 3 )尽量减小水胶比，同时确保混凝土的振捣密实， 进而减少混凝土的塑性沉降；同时采取二 次压光工艺，在初凝前消除混凝土塑性沉降的不利影响。 ( 4 )箱梁在存梁区存放过程中，加强对梁体的洒水养护，确保箱梁在养护期内保持湿润状态。 ( 5 )选择混凝土浇筑时间，避免在高温时进行收面、压光作业，减少混凝土失水速度，同时在 蒸养开始前采取喷雾保湿措施。 6总结 我们根据 自己掌握的知识，结合多年的施工经验对箱梁梁体混凝土开裂的机理和控制方法提出 了自己的见解 。控制方法在过去的施工中取得 了一定效果。但造成箱梁混凝土早期开裂的因素很多， 也很复杂，科研部门也在不断在进行试验探索，控制箱梁开裂的措施也会不断更新。我们也会密切 跟踪相关领域的新理论、新工艺，及时对我们的方案进行修正、完善。 参考文献： 【 l 】 赵庆新， 孙伟冲 国铁道科学 2 7卷第 4期 粉煤灰对高性能混凝土早期收缩的抑制及其机理研究 【 2 】 安明吉吉， 朱金铨， 覃维祖 建筑材料学报第 4卷第 2 期 高陡能混凝土自收缩问题 3 】 林志海， 覃维祖 建筑技术第 3 4卷第 l 期 混凝土早期应力发展与抗裂性能评价 【 4 】 胡盛华， 覃维祖 工业建筑第 3 5卷第 l O期 环境温度对早期混凝土墙体温度场的影响 【 5 】 张涛， 覃维祖 建筑技术第 3 5卷第 4期 混凝土早期变形与开裂敏感性评价 Ana l ys i s a nd Cr a c k Co nt r o l o f Co nc r e t e Bo x Be a ms o f t he Pa s s e ng e r De di c a t e d Li ne ZHA NG S h i c a i ( S h ij i a z h u a n g T i e d a o Un i v e r s i t y S h ij i a z h u a n g He b e i 0 5 0 0 8 1 C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h i s p a p e r , t h e s t a t u s q u o o f the c r a c k o f c o n c r e t e b o x b e a ms o f the p a s s e n g e r d e d i c a t e d l i n e i s r e v i e we d Th e n ，the ma i n c a u s e o f t h e c r a c k i s a n a l y z e d F i n a l l y ,t he p r e v e n t i o n i d e a s a n d s p e c i fi c me a s ur e s a r e i n t r o d uc e d Ke y wo r d s ： c o n c r e t e o f b o x b e a m c r a c k ； a n a l y s i s c o n t r o l me a s u r e s 3 9