广西桂来高速公路武宣连接线黔江特大桥施工早期裂缝防治探析

吕伯厚

（甘肃省公路交通建设集团有限公司，甘肃 兰州 730030）

1 概述

广西桂平至来宾高速公路武宣连接线黔江特大桥上部结构为预应力连续刚构，该桥桥跨组合为：2×30+106+200+106+9×30m，主桥为106+200+106m 预应力砼连续刚构。采用整幅单箱单室截面，三向预应力结构，箱箱宽9.5m，翼板悬臂长4.2m，桥面宽度17.9m，0号块箱梁高度13.2m，箱梁端部及跨中高度3.6m。

笔者以此桥建设施工为例，就主桥连续刚构现浇箱梁腹板可能会出现的早期裂缝预防所展开的施工技术攻关研究，从原材质量、高标号混凝土配合比优化设计、施工过程中采取的降低水化热等几个方面入手，并进行了相关现场试验，得出了有效减少连续刚构大跨度预应力桥梁现浇箱梁腹板混凝土产生早期裂缝的技术问题。

2 施工裂缝主要成因

2.1 混凝土裂缝产生的机理

混凝土是一种混合材料，其本身具有非匀质、多相复杂性。从微观结构上分析，混凝土材料结构之间的黏结力主要是范德华力，这就决定了混凝土材料的抗拉强度远远低于其抗压强度。结构所受的拉应力超过混凝土材料的抗拉强度极限，混凝土裂缝即出现[1]。

从裂缝发生的宏观条件下考虑，自由发生变形的混凝土不会产生裂缝；变形程度小于其自身能抵抗的变形也不会产生裂缝。混凝土裂缝的产生与其变形量、约束程度与抗拉强度等因素有直接关系。

2.2 混凝土施工裂缝产生的外在原因

1）混凝土配合比不良。同济大学对混凝土集料与早期收缩量之间的关系做了一系列的试验，试验结果表明：在用水量相同的条件下，收缩率随着集灰比（集料与胶凝材料质量比）增大而减小；水灰比一定时，收缩量随着浆集比 （水泥浆与集料总体积之比）增大而增大。这个结论反映的是可收缩体与不可收缩体之间的关系。集料比例增加，能够有效减少混凝土的早期收缩量，但是却对混凝土的和易性产生较大的影响。而当水灰比一定时，水泥浆量过多会削弱集料的骨架效应，产生较大的收缩量。

优秀的配合比设计使用优良级配，细集料能够填补粗集料之间的间隙，需要较少的水泥浆就能够将粗细集料握裹形成密实优质的混凝土。粗细集料之间的缝隙较小，能有效抑制水泥石的收缩，最终达到降低混凝土收缩的目的。另外级配合理的集料组合也可有效降低混凝土的孔隙率，节约水泥用量，降低工程成本。

2）水化热过大。混凝土水化热主要包含两部分：混凝土绝热温升和混凝土浇筑温度。对于混凝土绝热温升，江正荣在《建筑施工计算手册》第十一章有详细的介绍。混凝土绝热温升的主要影响因素为水泥品种、水泥含量以及浇筑温度等。因而，控制混凝土水化热产量的主要途径为选择水化热较小的水泥品种、优化混凝土配合比以减少水泥用量和控制混凝土浇筑温度三方面。

混凝土在水泥硬化过程会产生大量热量而不易散发，箱梁内部温度不断升高；而表面混凝土在空气对流、水分蒸发作用下，温度上升相对较慢，而与箱梁内部形成较高的温差。在施工过程中拆模过早、未进行混凝土养护、冬季施工未采取保温措施等，均会导致混凝土表面产生较大的张力，从而产生混凝土水化热裂缝[2]。

3）混凝土收缩过大。水泥在水化过程中，吸收水分，体积发生收缩，而集料的体积不发生变化。不同材料之间的收缩不同步，同时受到外在的约束，可能在混凝土的内部以及外部产生收缩裂缝。影响混凝土的收缩因素很多，包括水泥品种、等级、用量、集料粒径、配筋率、施工质量、养护方式及龄期等。

3 水化热实测

水化热温度测试选择在4#墩14#节段，预埋温度传感器位置如图1所示。大气温度以及箱梁表面温度采用测温枪测量。

图1 温度传感器测点图以及表面温度测点图

3.1 水化热温度实测结果

水化热温度采集从混凝土浇筑后立即进行，时间起点为混凝土从搅拌站出斗时间计。前48h测量时间间隔为2h，48h-72h测量时间间隔为4h，72h-120h测量时间间隔为6h[1]。

图2 混凝土水化热温度曲线

由图2可知，传感器i2、i3、i4曲线走势非常相似。最高温度均在混凝土出仓后30h左右达到，最高温度均超过60℃，内外温差均达到了20℃。而传感器i1曲线在混凝土出仓后10h左右即达到最大值，然后温度以较快的速度降低至与外界气温相近。

根据《公路桥涵施工技术规范》规定：大体积混凝土是指混凝土结构尺寸的最小边尺寸大于1m的混凝土构件，本桥试验段位于全桥1/4跨位置。该试验段腹板厚70cm，底板厚68.2cm，接近大体积混凝土，水泥用量468kg/m3。混凝土入模温度达到30℃以上。

箱梁顶板i处厚度较薄，桥面通风状况良好，因而水化热产生内外温差较低。

3.2 水化热温度实测结论

由试验可知:

1）本工程预应力连续箱梁0号块根部截面尺寸接近于大体积混凝土构件的最小规定，混凝土强度等级为C55，水泥用量468kg/m3，可导致较高的水化热；

2）根据本次温度实测，并借鉴湖南大学汪建群[5]等人的研究结果，进一步印证了大跨预应力混凝土箱梁桥混凝土在浇筑后，一般在30h内水化热达到峰值温度，在前1-5d将经历较快的升温和降温过程，在此期间容易出现较大的内外温差，前4d应尤其注意混凝土养护；

3）参照王金海的研究经验[1]，在混凝土拌和时掺入适量粉煤灰，以替代部分水泥用量，降低混凝土的水化热。本工程在施工时，经试验确定掺入了52kg/m3的粉煤灰，有效减少了部分水化热的产生。

4 施工措施

1）应采用合理的配合比设计。根据工程设计参数、混凝土强度以及和易性等参数及现行国家标准《普通混凝土配合比规程》，对混凝土进行配合比设计。

该桥混凝土设计强度为C55，为了获得最佳配合比，进行了多组试验。在满足施工和易性、早期施工强度以及水化热量的要求，最终选择表1中的第一组作为施工配合比。

表1 混凝土配合比（单位：kg/m3）

2）控制水泥产热量。根据混凝土的水化热绝对温升计算公式[3]（1）：

得出：混凝土绝热温升与每立方米水泥用量成正比，与每千克水泥水化热量成正比。因此，必须优化混凝土施工配合比设计，在确保混凝土达到设计强度的条件下，尽可能降低水泥用量。采用发热量更低的水泥，或者在对早期强度影响不大的条件下添加部分粉煤灰替代水泥，既能达到降低部分水化热的目的，也能减少混凝土裂缝的产生。

3）控制原材料温度。在混凝土原材料中，水的比热较大，但是比例较小，仅为6.2%，集料的比热小，但是质量比达到了70.3%。因而，集料温度对混凝土浇筑温度影响最大，水次之，水泥温度影响最小。特殊情况下必须施工时，可在现场设置喷雾机、采取预冷却措施对集料进行降温，以及使用冷却水进行搅拌作业，从而降低混凝土浇筑温度。现场试验结果表明，在风力较小的情况下，这种方法能降低 4～6℃。

4）降低浇筑环境温度。选择合理的混凝土浇筑时间窗口，对缩小混凝土入模内外温差有着非常重要的作用。比如傍晚到次日早晨。

5 结论

综上所述，得出能够减少和预防大跨度混凝土腹板早期发生裂缝的措施为采用科学合理的施工配合比，减少混凝土中的胶凝体比例是最主要的手段，其次是采取措施降低原材温度从而降低混凝土的入模温度，选择低温时间施工也是必不可少的措施。