三江镇特大桥64m现浇简支梁混凝土温度裂缝控制.pdf

安徽建筑 2 0 1 3年第 1期( 总 1 8 9期 ) 三江镇特大桥 6 4 m现浇简支梁混凝土温度裂缝控制 C o n c r e t e T e mp e r a t u r e Cr a c k Co n t r o l o f 6 4 m S i mp l e S u p p o r t B o x P i le o f S a n j i a n g Su p e r - L a r g e Sc a l e Br i d g e 王 影 ( 中 铁四 局集 团 第 一 工 程 有限 公司， 安 徽 合 肥 2 3 0 0 4 1 ) 摘 要 ： 分析现浇梁梁部大体积混凝土温度裂缝的形成原因， 从设计、 原材料、 施工、 冷却装置以及养护和拆模等角度论述了温度裂缝产生 的机理 以及相 应的控 制措施 。 关键 词 ： 桥梁； 混凝土； 裂缝； 大体积 中图分 类号： U 4 4 8 2 1 + 7 文献标识码 ： B 文章编 号： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 1 0 7 0 2 1 概述 目前客运专线和客货共线等桥梁梁部大体积混凝土都按 照耐久性设计，混凝土在硬化后有足够的强度且其内部致密， 结构合理，一般不会出现结构裂缝和应力集中导致的裂缝 ； 同 时由于施工条件的完善和施工水平的提高 ，通过支承结构设 计、 大刚度构件使用 、 地基预压与支架预压等手段 ， 可有效控制 和防止不均匀沉降和不均匀受力导致的裂缝产生； 大型拌合站 和专用混凝土运输工具 、 浇筑工具的使用 ， 也极大地减少了混 凝土拌合不均匀导致的裂缝。但在混凝土浇筑后的升温期 、 降 温期和稳定期， 混凝土的体积会随之伸、 缩、 凝固， 并出现裂缝 ， 即温度裂缝。温度裂缝不易通过工艺和设备的改进来消除， 只 能通过一些措施来减少其产生的几率。 温度裂缝一旦形成不仅 会影响桥梁的外观， 还会影响其使用功能和使用寿命。本文通 过施工 6 4 m现浇简支梁采取的相应措施 ，简单阐述了温度裂 缝产生的机理和控制措施。 2工程概 况 三江镇双线特大桥按时速 2 0 0 k m客货共线铁路标准设 计， 因 1 1 墩地下串珠大岩溶发育， 经铁道部 、 向莆铁路公司 、 中铁二 院设计院和施工单位研究决定取消原有 l 1 墩 ， 将 1 0 1 2 墩 2 m3 2 m简支 T梁改为 1 6 4 m简支箱梁。梁体为 单箱单室 、 等高度 、 变截面箱梁 ， 梁高均为 5 4 m， 梁体全长为 6 5 3 m。轨底至梁顶高度为 0 7 m，梁顶板宽 9 5 6 m，梁底宽为 6 O m。全桥顶板厚 4 3 e m， 底板厚 4 5 e m， 在梁端处梁底板厚 由 4 5 e m渐变 至 1 0 0 e m， 顶板厚 由 4 3 c m渐变至 7 3 e ra； 腹板厚 均为 5 0 c m， 梁端处腹板厚由 5 0 e m渐变至 1 2 0 e m。梁体截面形式见 图 1 图 3 。 3 温度 裂缝产 生原因分析 3 1内部温度变化 混凝土的抗拉强度只有抗压强度的 1 1 0 左右，同时由于 其施工中原材料不均匀 、 水灰比不稳定以及运输和浇筑过程中 的离析现象导致其抗拉强度的不均匀， 往往在其内部存在许多 抗拉能力低易于出现裂缝的薄弱部位。 混凝土在浇筑后由于内 部水泥水化过程中释放的水化热作用使其经历升温、 降温和温 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 2 1 0 作者简 介 ： 王影f 1 9 7 7一) ， 女 ， 安徽 太和人 ， 毕 业 于合肥 工业 大学工程 管理 专业 ， 工程师。 图 1 顺桥 向支座 中心截面 图 2 梁端截面 图 3 跨中截面 度稳定三个阶段， 初期 由于水泥水化释放的大量热量聚集在混 凝土内部不易散发导致其内外产生巨大温差 ， 并使混凝土内部 产生巨大拉应力。 当该拉应力超过该龄期的容许拉应力则会产 生裂缝， 薄弱部位更是如此； 随后内部热量逐步散失混凝土温 度开始下降， 体积开始收缩， 但其又受到内部钢筋等内部构件 的约束而阻止其 自由收缩， 尤其是降温梯度较大则易产生较大 的温度拉应力，当该拉应力超过允许拉应力则易产生裂缝 ， 同 时大体积混凝土一般只在表面配置钢筋， 因此其产生的拉应力 几乎全部由混凝土承担， 更由于薄弱部位的存在 ， 都加大了裂 交 通 工 程 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 固 重 2 0 1 3年第 1期( 总 1 8 9期 ) 安徽建筑 交 通 工 程 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 四 缝产生几率。 6 4 m简支梁因内部温度变化易产生裂缝的部位是 在支座中心处的梁段和梁端的腹板、 底板。 桥梁主梁在浇筑完成后其侧面受到太阳暴晒， 该部位的温 度明显高于其他部位 ， 内部温度呈非线形升高， 由于受到 自身 约束作用导致其局部拉应力过大而导致裂缝产生； 混凝土梁在 浇筑后由于冷空气侵袭、突降大雨等情况导致表面温度突降， 其内外形成温度梯度，内外温差大则产生的温度应力就增大， 混凝土内外部间的变形量也随之增大， 因而结构所承受的变形 应力也相应越大， 当该直力差出现负值则会导致裂缝产生。本 简支梁容易产生温度突变裂缝的部位是在翼缘板根部、 腹板和 底板外表面。 3 2混凝土收缩 混凝土收缩是指浇筑后的混凝土在空气中硬结时的体积 减小现象 ，该种情况是在不受外力的情况下发生的自发变形 ， 一 旦其受到内部钢筋等约束时则将在混凝土内部产生拉应力 ， 当该拉应力超过允许拉应力时则 导 致裂缝产生 ， 混凝土收缩主 要是硬化初期水泥水化热导致的体积变化和后期混凝土内自 由水蒸发导致的干缩变形。 此种裂缝的产生目前还未发现其规 律性， 通常产生于混凝土不均匀处、 梁段的上部、 翼缘板上部和 梁顶面 、 腹板 。 4 采取的控制措施 4 1优化设计 在桥梁梁体设计时， 根据当地气候条件合理选择混凝土配 合比； 在容易产生裂缝的部位安置抗拉钢筋 ； 梁体钢筋保护层 厚度尽量选取较小值，避免由于保护层过大导致裂缝产生； 设 置伸缩缝和后浇带以将大体积混凝土简化为规则的小块结构， 在可降低约束应力的同时可将水泥水化热从时间和空间上分 散开来， 实现增加散热面积降低温升， 并可减小应力集中减少 裂缝发生； 尽量采用二次浇筑方法进行混凝土浇筑 ， 在二次浇 筑时加设钢筋网或聚丙烯纤维网以增加混凝土的抗拉能力。 本 梁在设计时考虑了混凝土配合比、 钢筋保护层的优化并采取二 次浇筑的施工方法( 先浇筑至底板倒角上 2 0 c m， 乘 4 余部分二次 浇筑) 。 4 2材料控制 4 2 1 水泥 水泥水化热是导致大体积混凝土裂缝产生的主要原因， 因 此本梁选用普通 5 2 5 级水泥， 加入减水剂和粉煤灰， 减少水泥 用量和水用量 ， 从根本上降低发热量。 4 2 2骨料 采用粒径大、 强度高和级配良好的粗骨料以减小混凝土的 收缩变形， 严格控制含泥量及有害物质含量等符合设计及规范 要求； 采用细度模数较小的中砂( 2 2 2 4 ) ， 获得较小的空隙率 和表面积并在一定程度上减小水泥用量， 因而可降低水化热和 干缩量 。 4 2 3 掺合料 在混凝土内掺加粉煤灰等掺合料 ，在增加混凝土密实度、 提高抗渗能力和降低最终收缩值的同时减少水泥用量， 从而降 低水化热， 增加混凝土的和易性 ， 较大幅度的提高混凝土的后 期强度， 推迟混凝土硬化过程中温升峰值出现时间。 4 2 4外加剂 混凝土内掺加膨胀剂可等量代换水泥量， 使混凝土适度膨 胀来保证混凝土密实度， 同时使混凝土内部产生压力以抵消 昆 凝土内产生的部分拉应力来相应地提高其抗裂强度； 掺入减水 剂可改善混凝土的和易性， 减小用水量 ， 降低水灰比， 保证一定 的坍落度 ， 延缓水化热峰值出现 ， 并相应的提高相同龄期混凝 土的容许拉应力。本梁施工时采用了高效减水剂。 4 3施工控制 4 3 1降低混凝土入模温度 对原材料温度、 运输过程中的温升温降以及合理选择混凝 土浇筑时间等方面进行控制。降低用水温度和水泥温度， 通过 搭设凉棚、 通风等降低骨料温度， 缩短混凝土从出机到入模时 间及对运输车辆采取保温隔热措施以及高温季节尽量选择早 晚或阴天时间浇筑等；拌合时可在混凝土内部设立冷却系统 ， 通入冷却水进行冷却； 寒冷季节施工应通过在浇筑前对基础及 混凝土接触的冷壁采用蒸汽预热，并对骨料和水适当加温 ， 浇 筑后采用蒸汽养护等措施以防止早期混凝土被冻； 本梁施工时 间为 1 0月初 ， 全天温度在 1 5 o C2 5 ， 做好午时防晒和 日常 洒水养护即可。 4 3 2分层浇筑 采用分层浇筑 ， 分层厚度根据拌合能力、 运输能力和浇筑 速度及振捣能力等决定， 本梁控制在 4 0 c m左右， 在下一层混凝 土初凝前将上层混凝土浇筑完成， 进行上一层浇筑时应保证 将振捣棒插入下层 5 e ra以保证形成整体。 4 3 3 二次振捣 在混凝土初凝 前对已浇筑的混凝土进行重复振捣和抹面 称为二次振捣， 排除混凝土因沁水 、 骨料下沉等导致裂缝产生 ， 提高密实度和抗拉强度减小其收缩变形， 提高抗裂性能。 本梁? 昆 凝土浇筑时间较长， 过程中不断调整水灰 比， 以尽 量保证混凝土坍落度均匀一致， 并保证其和易性； 模板端部设 置预留孔， 将运输过程中产生的沁水和浮浆排出， 并在一定程 度上提高混凝土的密实性； 梁体内钢筋密集处采用不同长度的 钢管作为导管将混凝土送入模内以保证 昆 凝土的下落高度不 超过 1 5 m而导致离析现象， 并避免钢筋污染。 4 4养护及拆模 混凝土浇筑完成立即进行保温和保湿等养护工作。 保温是 为了减小混凝土表面热扩散以降低混凝土表面温度梯度， 防止 表面裂缝产生 ，保湿则是为了防止混凝土表面出现收缩裂缝。 在浇筑完成养护之前应避免其暴晒，浇筑后 6 h1 8 h洒水养 护。混凝土的养护工作连续进行 ， 并始终保持养护期内表面湿 润和适宜的温度 ， 本梁养护时间为 2 1 d ； 根据测量的内部温度 与外界温差决定拆模时间， 如两者温差大于 2 5 则不可拆模 ， 避免在夜间或气温骤降时间拆模。翼缘板处模板延后拆除， 防 止该处强度不足时，在拉应力和温度应力叠加作用下产生裂 缝 5结语 梁部大体积混凝土温度裂缝是该结构施工中经常出现的 现象， 对其控制应从设计 、 原材料控制、 施工控制以及设置降温 装置等多方面入手 ， 才能最终控制温度裂缝的出现 ， 保证该结 构的施工质量， 实现其最终的社会效益和经济效益等目标。 参考文献 【 1 1 王铁梦 工程结 构裂缝控制【 M 】 北京 ： 中国建 筑工业 出版社 ， 1 9 9 7 【2 】 冯乃谦， 等 混凝土结构的裂缝与对策【 M 】 北京： 机械工业出版社， 2 0 0 6 【 3 】 铁道部经济规划研究院 铁路混凝土工程施工技术指南 M 】 北京： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 5 4 】 徐文庆 客运专线大体积混凝土裂缝产生原因分析与预防措施【 J J 上海铁道科技 ， 2 0 0 7 ( 9 虽