寒區(qū)混凝土墩臺開裂與對策

1、一水利建設(shè)與管理2013年第4期寒區(qū)混凝土墩臺開裂與對策王軍璽丁東彥楊曉琴(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院730070)【摘要】高原寒區(qū)，氣候惡劣，混凝土墩臺開裂現(xiàn)象普遍，這是混凝土的收縮和溫度變化以及氣候條件、低溫早強耐久性混凝土的使用等多種因素共同作用的結(jié)果。本文針對寒區(qū)混凝土墩臺的裂縫形式及開裂原因，從混凝土的原材料選擇、配合比設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、澆筑、養(yǎng)護、施工管理等方面為寒區(qū)橋梁耐久性混凝土橋墩提出了裂縫控制的綜合技術(shù)措施，供類似工程

2、參考，以防止混凝土早期裂縫的產(chǎn)生?！娟P(guān)鍵詞】開裂機理控制措施寒區(qū)墩臺1引言青藏鐵路西格二線位于青海省境內(nèi)，青藏高原東北部，全線海拔3000m以上。當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境干燥，少雨，風(fēng)力強勁，太陽輻射強，日溫差大，風(fēng)蝕、風(fēng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，屬青藏高原大陸性氣候；部分河流存在氯離子、硫酸根離子等有害離子，對混凝土具有強烈的腐蝕作用。為了適應(yīng)當(dāng)?shù)貝毫拥淖匀粭l件，確?；炷炼张_的耐久性，減少混凝土水化熱升溫對多年凍土的熱擾動，并加快施工進度，混凝土必須具有良好

3、的早強、低溫負(fù)溫強度增長性能，因此采用低溫早強耐久性混凝土。施工期問，混凝土墩臺受到溫度變化、徐變、干濕變化、自生體積變形等作用。正是由于這一類荷載的作用，墩臺會產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力而出現(xiàn)非結(jié)構(gòu)性裂縫。而要通過工程措施，把這一類荷載所產(chǎn)生的拉應(yīng)力控制在允許范圍內(nèi)有一定的難度，施工期墩臺混凝土開裂一直是困擾工程技術(shù)人員的難題。因此，分析這一類荷載對橋梁混凝土墩臺的影響，并采取相應(yīng)的對策有著重要的意義。2墩臺裂縫形式及產(chǎn)生機理21橋梁墩臺裂縫形

4、式寒區(qū)混凝土橋梁病害調(diào)查結(jié)果表明，寒區(qū)耐久性混凝土墩臺在施工期出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫，是一個相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。具體形式為：橋墩中心線附24近的豎向裂縫；墩臺在日照時間較長側(cè)的裂縫；墩臺模板對拉筋孑L處的裂縫；墩臺模板分塊接縫處的裂縫；橋墩頂部環(huán)向裂縫；墩臺混凝土表面細(xì)小、不規(guī)則、長短不一的裂縫。22墩臺裂縫及其成因分析混凝土墩臺開裂往往是多種因素共同作用的結(jié)果，造成寒區(qū)墩臺開裂的主要因素有：寒冷、日溫差大、干燥、多風(fēng)等惡劣自然條件，

5、以及低溫早強耐久混凝土膠凝材料用量大、收縮量大、水化熱大且釋放集中。高原寒區(qū)特殊的自然條件是混凝土墩臺開裂的一個主要原因。我國高原寒區(qū)，尤其是青海，位于青藏高原東北部，海拔3000m以上，屬青藏高原大陸性氣候。高寒干燥，年平均氣溫一14～6qC，極端最高氣溫335℃，極端最低氣溫一372qC，最大月平均溫差225℃，一年內(nèi)凍結(jié)期長達(dá)6～8個月(每年1O月～次年4—5月)，年蒸發(fā)量大，達(dá)16389mm，而年平均降水量只有2485mm。大風(fēng)

6、(7～8級)頻繁，多集中于10月一次年4月間。日照時數(shù)較長，太陽輻射強，日氣溫變化劇烈，具有“一日四季”的氣候特征。橋址所在地區(qū)，部分河流存在氯離子、硫酸根離子等有害離子，對混凝土具有強烈的腐蝕作用。外部環(huán)境因素影響現(xiàn)澆混凝土墩臺而產(chǎn)生的裂縫主要體現(xiàn)在：氣溫驟降、干燥收縮、凍脹、材料引起的裂縫等方面。一水利建設(shè)與管理2013年第4期超過30kg／m。b砂率：砂率選取要兼顧強度及和易性、收縮量等。④在滿足泵送的條件下盡量減少砂率，可節(jié)省水

7、泥用量；⑤砂率增大，砂漿體積增大，和易性好，易于泵送，強度有所下降；砂率減少則反之；⑥砂率過大則成為富漿混凝土，造成收縮量加大、抗裂性能下降，致使墩臺表面產(chǎn)生早期裂縫(紋)；⑧砂率過小則影響混凝土工作性能、耐風(fēng)蝕性能；@據(jù)已建工程成功經(jīng)驗選定砂率在30％～40％之問。c外加劑摻量：外加劑摻量直接影響用水量。為降低水膠比、提高強度，應(yīng)提高外加劑摻量，但摻量過大會使混凝土離析、泌水，不利于施工。d水膠比：若水膠比過大，混凝土內(nèi)部形成空隙過多

8、，密實度降低，力學(xué)性能降低，影響抗凍、抗?jié)B等性能；若水膠比過小，則和易性差，影響施工操作，難以振搗密實，使得力學(xué)性能和耐久性指標(biāo)降低。經(jīng)反復(fù)試驗證明，水膠比不宜大于039?；炷僚浜媳葢?yīng)參照相關(guān)規(guī)定，結(jié)合施工條件，通過試驗確定。盡量減少水泥用量，適當(dāng)減小砂率，以降低混凝土的收縮、徐變和堿含量。配合比設(shè)計經(jīng)抗裂、抗凍、抗?jié)B、耐風(fēng)蝕、抗腐蝕、護筋性、堿骨料反應(yīng)、抗氯離子滲透等八項耐久性指標(biāo)檢驗合格后使用。參考組分配合比為：水灰比04～05；

9、砂率30％～40％；水泥用量350～480kg／m；防凍劑摻量不大于4％；早強劑摻量不大于2％；耐侵蝕劑摻量不大于10％；粉煤灰為水泥重量15％～20％。33混凝土拌和a低溫下混凝土的拌制，宜采用強制式攪拌機。b各種原材料的加熱溫度按以下要求控制：⑨水泥、外加劑均不宜直接加熱，但應(yīng)儲存在保溫篷內(nèi)，保證在正溫條件下使用；⑥當(dāng)氣溫不低于一1℃時，只需將水采用鍋爐直接加熱，加熱溫度控制在30～60~(2，要求水溫準(zhǔn)確、供應(yīng)及時、先后用水溫度一

10、致；@當(dāng)氣溫低于一l℃時，采用地爐或加熱料倉預(yù)先對砂、石料進行加熱。砂的加熱溫度控制在8～20％，石子加熱溫度控制在2～1Occ。26c拌制混凝土的合理投料順序應(yīng)與材料加熱條件相適應(yīng)，一般先投入骨料和加熱的水，待攪拌一定時間，水溫降低到40℃左右時，再投入水泥和外加劑；當(dāng)混凝土的水泥用量大于350kg／m時，為避免攪拌機粘罐，可按以下順序投料：先加石子和大約一半拌和水?dāng)嚢?0s，然后加入砂、再投入水泥、外加劑和另一半拌和水。d在拌和過程

11、中，主要控制拌和時間與含氣量的關(guān)系，根據(jù)拌和機的運行速度確定，攪拌時間以比普通混凝土增加30s為宜。e混凝土攪拌均勻，顏色一致，首盤檢查一次坍落度，以后不定時抽檢。f對攪拌好的混凝土，應(yīng)檢查出機溫度(出機溫度根據(jù)氣候條件、保溫方法，由澆筑溫度加上運輸及澆筑過程中的熱量損失得到。為保證人模溫度在7～IO~C范圍內(nèi)，出機溫度應(yīng)保證在12～15％)及和易性，若差異較大時，應(yīng)檢查材料加熱溫度、投料順序或骨料含水率，以便及時調(diào)整。34混凝土運輸a

12、根據(jù)施工方量、施工進度、運距(一般不宜超過6km)、澆筑時間、道路情況等因素，合理配備運輸罐車數(shù)量，做到少裝快運，少停留。少倒運，減少含氣量及坍落度損失，確保連續(xù)澆筑。b在運輸過程中，罐體以2～4r／min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，防止混凝土離析和水份過多散失，出料前應(yīng)以常速攪拌20～30s后用中速旋轉(zhuǎn)卸料。c運輸過程中混凝土溫度不能降低過快，一般每小時溫度降低不宜超過5～6~C，且保證人模溫度在7～10cC。d運輸罐車除保溫防風(fēng)外，還必須嚴(yán)密不漏漿