先張法預應力空心板梁蒸汽養護的裂縫控制

胡 德

1 工程概況

略陽縣西漢水大橋位于距略陽縣城約 30 km的西漢水和嘉陵江交匯處，是縣城通往馬蹄灣鎮、白水江鎮沿江公路的一座重要橋梁。該橋于 2002年 10月開工，2003年 5月竣工。橋梁全長253m，下部結構為鉆孔灌注樁基礎，雙柱式墩臺;上部結構采用12m×20m先張法預應力空心板梁。設計荷載:汽—20級;掛車—100級。梁體混凝土強度等級為 C40，設計張拉控制應力σk=0.75Rbγ=1 395MPa，單根鋼絞線張拉力為137.7 kN，最大超張拉力 146.8 kN。該橋中板截面尺寸如圖 1所示。秦巴山區由于山高路陡，交通極其不便，為了施工和吊裝的方便，在橋梁設計過程中經常會選用這種結構形式。

由于西漢水上游葫蘆頭電站間斷性放水，河水水位隨時變化，工期受到很大限制，加之施工時值冬期，為加快進度，在空心板預制時采用了蒸汽養護。

2 蒸汽養護的原理和步驟

2.1 蒸汽養護原理

蒸汽養護是縮短混凝土構件養護時間、提高混凝土質量的有效途徑之一。橋梁施工由于受季節的限制，蒸汽養護方法經濟實用、簡便易行，所以在冬期施工中被廣泛采用。蒸汽養護一般宜用 65℃左右的溫度蒸養，混凝土在較高濕度和溫度條件下，可快速達到要求的強度。由于施工現場的條件限制，現澆預制構件一般可采用臨時性地面或地下的養護坑或養護棚，覆蓋養護罩或用簡易的帆布、油布覆蓋，覆蓋時應緊貼四周，用砂袋或其他重物壓緊蓋嚴，防止被風吹開，影響養護效果。塑料薄膜采用搭接時，其搭接長度應大于 30 cm。根據試驗，常溫下只蓋一層塑料薄膜，養護最高溫度達 65℃，混凝土構件在 1.5 d～3 d內達到設計強度的70%，縮短養護周期40%以上。

2.2 蒸汽養護分四個階段

1)靜停階段:指混凝土澆筑完畢至升溫前在自然溫度下先放置一段時間。這主要是為了增強混凝土對升溫階段結構破壞作用的抵抗能力，一般需2h～6h。2)升溫階段:指混凝土原始溫度上升到恒溫階段。溫度急速上升，會使混凝土表面因體積膨脹太快而產生裂縫。因而必須控制升溫速度，一般不超過 10℃/h。3)恒溫階段:是混凝土強度增長最快的階段。恒溫的溫度應隨水泥品種不同而異，普通水泥的養護溫度不得超過 80℃，礦渣水泥、火山灰水泥可提高到 85℃～90℃。恒溫加熱階段應保持90%～100%的相對濕度。4)降溫階段:在降溫階段內，混凝土已經硬化，如降溫過快，混凝土會產生表面裂縫，因此降溫速度應加以控制。一般情況下，構件厚度在10 cm左右時，降溫速度每小時不大于 20℃～30℃。

3 蒸養過程中梁板混凝土出現的問題

梁板于 2003年 1月初開始大量預制，日平均氣溫在-5℃～5℃。由于秦巴山區晝夜溫差大，為了保證梁板質量，降低成本、提高張拉臺的利用率，我們采取了鍋爐蒸汽養護的施工措施。在梁板混凝土澆筑完成后，隨即用加厚的帆布棚把梁板進行覆蓋，3h后開始用鍋爐加熱送蒸汽。其步驟是:構件成型后 6 h，開始送汽升溫，經過5 h～6 h升溫到60℃，再恒溫48 h左右，停止供氣，自然降溫，降溫速度為10℃/h～15℃/h，達常溫后，揭開覆蓋膜，通過對試件做抗壓試驗，其強度達到設計強度，然后拆除模板，對鋼絞線進行放張。起初幾片板梁，從揭開膜到冷卻完成，發現部分板梁出現了數條裂縫。裂縫間距 5m～6m不等。用高倍放大鏡觀察，裂縫寬0.1mm～0.2mm。用酚酞試劑滴淀，裂縫的長度在板頂面為全寬，在肋板從上向下為 50 cm左右。沿著裂縫的走向人工鑿開，其深度達1 cm～3 cm。

4 原因分析

1)梁體本身的上下部收縮不一致。經過蒸養之后梁體內溫度升高，而掀開膜后梁上部頂板的混凝土厚度較薄，與外界氣溫交換速度快從而迅速收縮，而梁的下部底板較厚與外界氣溫交換速度慢，冷卻較慢，上部收縮較大而下部收縮較小，自然會產生上撓現象。但由于下部鋼絞線的束縛，限制了這種上撓現象的產生，再加上板梁頂部布筋過少，不能約束這種變形拉力，因此產生裂縫。經多次觀察，確定裂縫不在掀開膜的當時發生，而一般發生在掀開膜后的冷卻過程中，證實了裂縫是由于梁體溫度上下變化不一致引起的。2)降溫的速度過快。空心板梁屬薄壁構件，其頂板混凝土厚7 cm，肋板最薄處為8.5 cm，表面系數為11.91m2/m3。按JTJ 041-2000公路橋涵施工技術規范14.2.4-1表中規定，混凝土構件表面系數不小于 6時，混凝土降溫速度不得超過 5℃/h。實際施工時，降溫速度為 10℃/h～15℃/h，這種快速降溫使混凝土收縮不一致也是形成裂縫的因素。3)混凝土構件自身水化熱在空心梁體產生溫差不一致，由于空心梁底面與地胎膜接觸，在養生過程中熱損失快，溫度相對其他部位較低，底面混凝土強度增長慢于頂面強度，從而產生內應力，收縮比不一致，加之鋼絞線的拉力，促使裂縫形成。

5 減小裂縫的控制措施

1)適當增加抗裂鋼筋。在頂板及側面適當增加縱向非預應力鋼筋，并加密箍筋，來提高這部分混凝土的抗拉能力，防止裂縫出現。現場施工時我們對梁頂面增加 2根 φ12鋼筋，兩側各加4根φ8的鋼筋，同時增加 12根 φ8的箍筋。2)嚴格控制升降溫的速度。升溫速度不大于 10℃/h，恒溫不超過 60℃，降溫速度不超過 5℃/h。以避免升溫過程中的膨脹裂縫及降溫過程中的收縮裂縫。3)提前施加預應力。蒸養過程應連續均勻，中途不得停氣，確保其強度一次到位。冷卻到 5℃～10℃時，立即拆模并松束。盡早解除預應力臺座對鋼絞線的約束，不給梁體產生裂縫的時間。4)縮小空心梁局部溫差，應設置控制溫度的自動裝置及用電安全保險裝置，若控溫裝置為手工操作，應設專人值班測溫，隨時調節養護溫度。蒸養過程中將送氣的鍍鋅鋼管敷設在梁的底面，達到熱氣的均勻對流，鍍鋅鋼管表面鉆孔也作了改進，距鍋爐近端孔徑小于遠端，調節氣量來縮小溫差。5)蒸汽養護混凝土宜優先選用礦渣水泥，水灰比不宜大于 0.6，混凝土拌制過程中盡量降低含水率，避免混凝土在凝固中自身產生的變形，縮小混凝土構件凝固過程中形成的裂縫。

6 結語

通過采取以上措施，我們繼續施工，在 2月份～3月份期間，共制作了 80片梁，裂縫的數量和寬度得到了有效控制，解決了冬期蒸養薄壁構件裂縫的問題，為今后冬期蒸養混凝土構件積累了經驗，在我們隨后施工的同類橋梁中，采用蒸汽養護的薄壁構件得到了廣泛的應用，取得很好的效果。

[1] JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范[S].

[2] JTG F801-2004，公路工程質量檢驗評定標準[S].

[3] 楊文淵，徐 D.橋梁施工工程師手冊[M].北京:人民交通出版社，1995.