襄渝鐵路二線橋墩施工溫差裂縫處理方案

李瑞青

（中鐵五局集團四公司，廣東 韶關 512031）

1 概述

在襄渝二線鐵路工程中，橋墩多次出現裂縫，并且具有一定規律。經過多次分析和測定混凝土內外溫度，確證是因為內外混凝土溫差過大造成的溫差裂縫。為此，在混凝土配合比上采取措施，同時也在混凝土外部包覆保溫，將混凝土內外溫度差控制在20℃以下，避免了混凝土裂縫的形成。

2 裂縫成因

2.1 裂縫現狀

出現裂縫的橋墩設計為重力式橋墩，按標準圖設計。新的橋梁施工規范要求，橋墩的混凝土強度等級為C30。

在施工過程中，混凝土結構一次澆筑高度在4m左右，有規律地在澆注高度2m左右墩身表面出現縱向、水平裂縫。裂縫外觀有0.2～0.3mm寬，水平裂縫沿結構截面貫通，經取芯檢測發現混凝土內裂縫最寬處為0.5～1mm，混凝土芯樣內部裂縫明顯大于外部。同時混凝土本體強度達到設計要求，混凝土無明顯缺陷。

2.2 裂縫原因分析

2.2.1 橋墩設計疏漏

由于設計為重力式橋墩，結構不是鋼筋混凝土結構，內部沒設置構造鋼筋。但混凝土的強度等級為C30，在正常施工的情況下，混凝土的溫差相對較大，由于沒有構造鋼筋的約束，因此存在潛在開裂的可能性。

2.2.2 內外溫差過大引起混凝土裂縫

由于混凝土采用泵送施工，且因為試驗室沒有防止內部溫度過高的經驗，過于強調保證混凝土強度，因此，使用了強度等級為42.5MPa的早強水泥，且水泥用量高達426kg/m3。由于強度等級為42.5MPa的水泥相對水化放熱量高，且用量也高，當地氣候炎熱，水泥水化很快，故在施工過程中內部溫度升高很快，內外溫差過大。現場測得混凝土內部最高溫度接近90℃，混凝土表面溫度接近40℃，這樣內外溫差幾乎接近50℃，遠超過規范規定內外溫差不能超過25℃的要求。由于在混凝土升溫膨脹過程中，內部溫度升高比外部混凝土多，故膨脹量比之外部為高，外部混凝土會約束內部混凝土膨脹，內部混凝土會將外部混凝土拉裂；在混凝土降溫階段，由于內部混凝土降溫比外部混凝土多，收縮量大，因此外部混凝土會約束混凝土的收縮，內部混凝土會沿著前期開裂的薄弱面進一步開裂，且由于內部混凝土的收縮更多，故內部混凝土裂縫比外部混凝土還要寬。

分析混凝土開裂的原因，主要有混凝土內部沒有鋼筋、氣候炎熱、水泥用量過大等，對比以往各種工程，單一的原因可能還不足以造成混凝土開裂，但襄渝二線該項工程由于幾種原因共同作用，就必然會引起混凝土開裂。

3 擬采取方案比較

針對這一情況，項目部決定使用粉煤灰來降低混凝土內部溫度，調整混凝土配合比后，使用水泥P.O42.5R，用量為365kg/m3，但仍然出現有規律的裂縫，表明混凝土內外溫度差仍然沒有降到合理的范圍內。

為此，進一步做了分析，要克服混凝土開裂，可以從以下幾個途徑著手：

3.1 修改設計，使用鋼筋混凝土，增設構造筋，以提高混凝土的抗裂性。

根據混凝土橋墩中鋼筋對混凝土變形的約束作用，最直接的辦法就是修改設計，將C30混凝土改為C30鋼筋混凝土。但是修改設計程序復雜、時間長，由于工期要求緊，成本會提高很多。

3.2 混凝土內部加循環冷卻水管降溫

混凝土內部加循環冷卻水管，雖然可以有效降低混凝土內部溫度，可是在混凝土內部安裝循環冷卻水管，工序復雜，養護時間長。

3.3 減少一次澆筑高度

采取分段灌注的方法，降低混凝土的灌注高度，改變邊界條件，減少混凝土在升溫和降溫階段的變形量，從而減少混凝土開裂的幾率。這一方案有一定的合理性，且經該工點施工證明，大多數情況下不出現裂縫，但偶爾也會出現裂縫。

3.4 優化施工配合比，采用大摻量粉煤灰

根據熱工計算混凝土水化高峰期的內部最高溫度來決定施工配合比的膠凝材料用量，控制混凝土的入模溫度。

對上述多個方案進行比較和分析，我們認為最為可行的是使用大摻量粉煤灰，其可行性和經濟性均是最好的。因此決定在混凝土配合比上進行調整，同時在結構外部包裹一層帆布，這樣既降低混凝土內部溫度，也提高外部溫度，從而達到降低溫差的目的。經熱工計算，此方案可行。

4 實際施工方案

4.1 配合比

在配合比設計時，由于要將強度等級為42.5MPa水泥用量降到240kg/m3以下，強度等級32.5MPa水泥用量降到300 kg/m3以下，因此在混凝土中，粉煤灰可能要用到膠凝材料總量的40%左右。由于還要考慮到施工周期中模板等的倒用問題，混凝土早期強度不能太低，故決定用的水泥強度等級為42.5MPa，同時調整混凝土的凝結時間在8～10小時之間，達到既能控制混凝土溫度升高速度，也能保證混凝土早期強度，以利拆模的要求。經過試驗，決定按以下配合比進行施工

4.1.1 試驗用原材料

水泥：四川利萬步森水泥有限公司，“利森”，P.042.5R。

細骨料：四川達州萬家河河砂，細度模數：2.6，含泥量：2.2%。級配滿足標準要求。

粗骨料：四川達州通川區碎石場，5～40mm碎石，含泥量：0.7%，連續級配，滿足標準要求。

粉煤灰：四川達州大竹縣粉煤灰廠，Ⅱ級灰。

減水劑：四川宜賓天龍化工建材有限公司，緩凝高效減水劑，實際緩凝時間8～10小時。

水：飲用水。

4.1.2 用于施工的配合比

根據表1的結果，考慮早期強度的要求，決定采用水膠比為0.5的配合比作為施工用配合比。經過熱工計算，當配合采用帆布包裹混凝土橋墩外表面時，可以控制內外溫差不超過20℃，可以用于施工。具體的配合比為：

膠凝材料總量：390kg/m3

粉煤灰摻量：40%

砂率：36%

減水劑摻量：0.55%

用水量：195kg/m3

表1 混凝土配合比試驗部分結果

4.2 施工前準備

在施工前，在與項目部領導交換意見后，專門召開了技術交底會，會上向混凝土攪拌站、物資、現場技術人員、生產管理人員及生產工人進行了技術交底，詳細說明了混凝土施工中應注意的事項。要求混凝土攪拌站校準計量設備、混凝土攪拌站與施工現場要保持溝通、澆筑要求按相應標準規定，同時還特別說明了要預先將砂子拌勻，以便準確測定砂子含水量，確?；炷涟磁浜媳仁┕?。還向各級施工管理人員和施工人員闡明混凝土試件同條件養護的含義和要求。

4.3 施工過程和后期養護

在施工過程中，完全按施工前技術交底要求進行施工。在澆筑過程中，混凝土按分層分區的要求進行澆筑，振動密實按三原則進行，即混凝土不再下沉、不再大量冒泡，且表面泛漿作為振動終止的條件?；炷潦┕ね瓿珊?，立即包裹橋墩四周，上部覆蓋，混凝土終凝后上部灑水養護，確?；炷帘砻姹３譂駶櫊顟B。混凝土拆模后，還要包裹四周，上部仍然覆蓋養護，保證了拆模后的溫差控制和保濕。

5 混凝土溫度及強度監控

由于我們第一次進行大摻量粉煤灰混凝土施工，因此決定既要對混凝土的溫度進行監控，也要對混凝土的強度進行監控。

對混凝土強度進行監控的目的是因為粉煤灰混凝土在標準養護的條件下，早期強度低，但在相對較高的溫度下，其水泥的水化和粉煤灰的二次反應速度將大大提高，但提高的幅度究竟有多大，我們還未完全掌握第一手資料，因此決定也要對強度進行監控。為此測定混凝土內部和外部的溫度，同時將試件放在橋墩上部與橋墩“同條件”養護。

6 結果及分析

在40小時后，拆模混凝土沒有裂縫出現，達到了預定的目的。

經過對溫度的測量，溫差不超過20℃，溫差變化如圖1。在澆筑完成后約30小時，混凝土內部溫度達到或接近其峰值，并維持相當長的一段時間，在180小時左右開始下降。

圖1 混凝土溫度變化圖

在混凝土澆筑完成后的48小時內，橋墩上部表面溫度經測定在25℃～28℃范圍內，在40小時測定“同條件”養護混凝土試件的強度為12.7MPa，而在190小時時的“同條件”養護試件的強度達到了30.6MPa，而此時標準養護的混凝土試件強度只有18.0MPa。這表明，養護溫度對于大摻量粉煤灰混凝土的早期強度有極大的影響。事實上，在混凝土澆筑完成后很短的時間內（約10小時），混凝土表面溫度就達到40℃，因此實際混凝土是在40℃的條件養護下水化的。所以，在早齡期，混還要高。

以上現象引起了我們對大摻量粉煤灰混凝土的一些思考。由于粉煤灰在混凝土內部的反應是二次反應，它要在水泥水化到一定程度，混凝土內部氫氧化鈣達到相當的量以后，才可能激發粉煤灰發生反應，但溫度升高后，激發粉煤灰反應的氫氧化鈣的需要量可能會大大減少，粉煤灰的二次反應會提前，因此它的早齡期強度會大大提高。更進一步地分析，可以想到，對于大摻量粉煤灰混凝土，其立方抗壓試件的養護條件仍然按照普通混凝土的養護條件進行養護是不合理的。為此可以做進一步的研究，以確定大摻量粉煤灰混凝土適宜的養護條件。

7 結論

經過襄渝二線工程的實踐，我們認為，大摻量粉煤灰混凝土無論是在確保結構安全，還是在保證混凝土工藝過程的性能方面，均是一種可以考慮的方案。它與建筑施工單位傳統認識上的混凝土早期高強度是有差別的。而且它表明了混凝土施工有多種方式，早期高強度是一種方式，早期適中的強度也是一種方式。