大跨度預應力混凝土裂縫控制措施

劉如明

（杭州寶基建材有限公司，浙江 杭州 311300）

1 工程概況

某城市橋梁綜合改造工程，設計單向三車道，橋梁上部寬度 13m，下部寬度為 6m，墩臺根部梁高 4m，跨中部梁高 2m，下部墩臺頂尺寸為 5.0m×3.2m，墩底尺寸 3.4m×2.2m，跨度為 [(5×30)＋(40＋70＋40)＋(5×30)]m，橋梁全長為 450.0m，梁橫截面形式為單箱單室薄腹梁，現澆預應力后張法鋼筋混凝土連續箱梁結構，混凝土強度等級最高為 C55 和 C50，混凝土強度達到設計強度等級的 95% 時，方可施加預應力進行張拉。該工程鋼筋用量大，非粘結預應力鋼絞線多，鋼筋之間、鋼絞線螺旋孔之間凈距較小，且縱橫交錯，個別部位鋼筋之間凈距只有 25mm，因此，要求混凝土粗骨料的粒徑宜不大于 20mm，最大粒徑不得大于 25mm，設計使用年限 100 年。

2 原材料

（1）水泥：考慮本工程實際結構特點，水泥供應緊張，防止水泥溫度過高，應在混凝土公司料倉儲存穩定期不少于 3 天，才可用于該工程混凝土的生產。必要時測定水泥的溫度，防止溫度過高，使用時，水泥溫度不宜大于 55℃。盡量采用低水化熱或低熱硅酸鹽水泥，水泥熟料中鋁酸三鈣 C3A 含量不宜超過 8%，游離氧化鈣含量不宜超過 1.0%，硅酸三鈣 C3S 含量不宜過高。水泥細度不宜太細，比表面積宜小于 360m2/kg。水泥細度越細，比表面積越大，水化熱越大，需水量也越大，收縮性越大；水泥細度越細，混凝土早期強度越高，但后期強度低，有的甚至后期強度不增長，對混凝土結構耐久性和預防早期開裂非常不利。水泥在不影響活性滿足使用要求前提下，盡量選擇比表面積適中的水泥。本工程選用安徽寧國海螺生產的 P·Ⅱ52.5R 硅酸鹽水泥，除其它各項指標滿足 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的要求外，28d 強度在 56MPa 以上、堿含量較低、標準稠度需水量小、水泥穩定性好、水化熱低、與外加劑適應性良好、氯離子含量低的水泥。

（2）礦物摻合料：可以選用材料穩定、活性指數高、需水量小、吸水量低的礦粉，適宜的礦物摻合料，可以改善混凝土的性能，減少單方混凝土中水泥用量，降低水化熱，降低用水量，減少混凝土裂縫的產生。本工程選用湖州高強 S95 級礦粉，摻量不宜超過膠凝材料總用量的 20%，除活性指標滿足要求外，燒失量、三氧化硫、氯離子含量低，其他指標均符合現行標準規范GB/T 18046—2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》的規定。

（3）外加劑：要求氯鹽含量低、減水率高，外加劑與水泥適應性要好。采用浙江華力外加劑廠生產的緩凝高效高濃泵送減水外加劑，能夠推遲混凝土放熱峰值的時間，減小早期裂縫出現的機率，提高抗裂性能。混凝土減水率在 22.5% 左右，減少用水量，降低水泥用量，改善混凝土和易性，減少坍落度損失，混凝土 1 小時坍落度損失在 30mm 左右。對進廠的外加劑，除按常規試驗項目外，同時核對質保書等資料。

（4）細骨料：選用顆粒潔凈級配良好，且為連續級配的天然河砂。宜用中砂或粗砂，細度模數在 2.5 以上，孔隙率小，含泥量低，泥塊含量≤0.4%，含泥量≤2.5%，氯離子含量≤0.02%，堅固性 5 次循環后的質量損失≤6%，其它指標均滿足 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》現行標準規范的要求。

（5）粗骨料：考慮鋼筋用量多，鋼筋之間間距小，混凝土強度高，采用石灰巖破碎成型的碎石。宜優先選用 5～20mm 連續級配的碎石，石子的最大粒徑不得超過 25mm，巖石壓碎指標≤8%，泥塊含量≤0.3%，含泥量≤0.8%，堅固性 5 次循環后的質量損失≤6%，針片狀顆粒含量≤10%，且為非堿活性骨料，其它指標均滿足 JGJ 52—2006 現行標準規范的要求。

（6）水：應滿足 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》混凝土用水質量標準要求，嚴禁使用氯離子含量超標和其他有害物質超標的廢水，當使用回收利用廢水時，必須經檢驗合格，方可使用。

3 配合比設計與計算

為滿足普通混凝土配合比設計和施工技術要求，保證混凝土結構工程質量，減少收縮裂縫，充分考慮工程結構大跨度、預應力、高強度特點，以及混凝土的結構形式、配筋密度間距、所采用振搗的機具，滿足混凝土配制的強度、長期性能、耐久性能、拌合物性能和其他力學性能。本工程混凝土配合比設計不摻用粉煤灰，以降低混凝土的碳化深度；同時為保證良好的流動性、施工的可操作性、良好的可泵性和混凝土的密實度，水膠比宜控制在 0.4 以內，砂率宜控制在 38% 左右。出機坍落度不宜大于 200mm，現場坍落度不宜大于 160mm，粗骨料的最大粒徑不宜大于 25mm，膠凝材料總用量不宜大于 520kg/m3，單方用水量不宜大于 180kg，并進行評估計算，氯離子含量不宜大于 0.04%，混凝土中堿含量不宜大于 3.0kg/m3。凝結時間：初凝宜控制在 5～7小時，終凝宜控制在 7～9 小時。

4 生產配料計量

生產前核查確認混凝土配合比、各種原材料品種、規格、數量、儲料筒倉是否與配合比一致，生產過程計量是否準確無誤。為保證混凝土的勻質性，應比普通混凝土攪拌時間延長 15s，混凝土出廠前增加檢測頻率，確保每車拌合物的坍落度、和易性、勻質性等性能指標符合設計要求。加強出廠檢驗工作。

5 運輸與泵送

混凝土到達施工現場后，做好質量驗收工作，入泵前核對每車混凝土小票、強度等級、數量、發車時間，以及澆筑時間、澆筑部位、坍落度、施工性能等是否符合要求，準確無誤后方可卸料泵送。嚴格控制質量，發現混凝土離析或坍落度不符合要求時，禁止卸料，做好交貨檢驗記錄，嚴禁工地隨意加水。每車混凝土從加水生產開始至澆筑完畢不超過 1.5 小時，超過規定時間予以退回。該工程一次澆筑約 1150m3，且必須連續不間斷澆筑，為保證混凝土的需求不間斷供應，合理配備運輸車輛和泵送設備，由于運距較近，需配備 12 輛12m3的攪拌運輸車，保證每小時運輸 80～120m3。預應力橋梁板一次澆筑總跨度 150m，最大單跨 70m，寬度13m，要求在 12 小時之內完成澆筑任務。為保證混凝土澆搗的連續性，防止混凝土由于間隔時間過長，產生施工縫或冷縫，配備 2 臺 54m 汽車泵，現場兩臺泵車分別布置在橋梁板跨度兩端的 1/4 處，兩臺泵車之間距離約為 80m，中間不用移動泵車，做好應急預案，并備有一臺 48m 的汽車泵備用，保證混凝土供應運輸泵送的連續性。

6 混凝土施工澆筑

混凝土澆筑前應對支架按箱梁自重的 120% 進行預壓，預壓時同一施工段內必須同時進行，以免支架受力不均勻。提前確定澆筑施工方案和順序，為便于施工，保證混凝土的密實性、均勻性、連續性，箱梁 [(5×30)＋(40＋70＋40)＋(5×30)]m，分三段澆搗，每段分兩次澆筑。采用兩次澆筑時，施工縫宜設置在箱梁上倒角下端。澆筑順序為：第一次澆筑底板、腹板，第二次再澆筑頂板，兩次之間可留水平施工縫。在第一次澆筑混凝土強度達到 2.5MPa 后，按要求對第一次澆筑混凝土表面鑿毛，用水沖洗并處理干凈。在第二次澆筑前，應對鑿毛部位處理干凈，并不得有積水、雜物，混凝土施工縫表面涂刷一層水泥漿，再沿水平施工縫鋪一層 1～2cm 左右 1:2 水泥砂漿。配備兩臺 54m 汽車泵，應同時對稱分層均勻澆筑，嚴禁泵送時集中一點進行澆筑。澆搗前還應檢查模板、鋼筋是否清理干凈，各種預埋件、預留孔位置是否準確、固定是否牢固、鋼筋保護層厚度是否符合規范設計要求。為保證混凝土的質量，箱梁底板厚度 250～300mm 可不分層澆筑；澆筑薄腹板梁高部位，每次沿梁高度澆搗 300mm 左右，不超過 500mm。分層澆搗應在下層混凝土初凝之前進行，并對混凝土進行二次振搗，宜控制在 1.5 小時內，避免出現施工縫、冷縫。振動時宜快插慢拔，振搗均勻，確保振幅有效范圍內，不得漏振、也不得過振，尤其在薄腹板、梁、板交接部位、預埋波紋管部位和鋼筋密集處加強質量控制，避免分段澆筑不同齡期造成混凝土結構收縮裂縫。混凝土澆筑后應在初凝前進行二次或多次抹壓，清除表面多余浮漿，減少表面塑性裂縫，終凝前對澆筑面進行拉毛。及時覆蓋塑料薄膜，毛毯及其他防護措施，進行保溫、保濕養護，減少溫度裂縫和干縮裂縫的發生。

7 混凝土養護

混凝土箱梁和橋面澆筑完成后，為保證混凝土的溫度和濕度，凝結硬化后，立即用塑料薄膜覆蓋混凝土表面或噴灑混凝土養護劑，以防止混凝土凝結硬化過程中多余水分蒸發逸出。薄膜密封養護可以大幅度減少混凝土的早期收縮，最好用塑料薄膜再加毛毯覆蓋，也可采用蓄水養護，但蓄水養護需掌握混凝土凝結時間和水的溫度。混凝土終凝后，嚴禁使用冷水管直接噴淋混凝土表面，嚴禁使用消防水龍頭直接噴灑養護。混凝土硬化過程放出大量的熱，這時如果水溫過低，混凝土內部與混凝土表面溫差、混凝土表面與養護用水溫差過大，很容易引起混凝土結構內部及表面開裂，因此溫差不宜超過 15℃。當養護用水濕度不足時，盡可能采用噴淋霧水養護或蓄水養護，防止表面受溫度、濕度環境因素的影響。養護時間不得少于 14 天。

8 結語

由于鋼筋混凝土結構裂縫控制比較復雜，涉及面廣，尤其是大跨度預應力鋼筋混凝土箱梁、橋面板結構的裂縫控制技術，應根據工程結構特點、環境因素、設計要求、有關材料和配合比、混凝土的生產、施工工藝等各個環節，采取綜合有效合理的裂縫控制措施，才能預防結構裂縫的產生，保證混凝土結構質量、強度、安全性、耐久性和穩定性。