寒區(qū)混凝土墩臺(tái)開裂與對(duì)策

1、一水利建設(shè)與管理2013年第4期寒區(qū)混凝土墩臺(tái)開裂與對(duì)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(tái)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(qiáng)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(duì)寒區(qū)混凝土墩臺(tái)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(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)、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(jī)理控制措施寒區(qū)墩臺(tái)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(qiáng)勁，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，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(duì)混凝土具有強(qiáng)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_(tái)的耐久性，減少混凝土水化熱升溫對(duì)多年凍土的熱擾動(dòng)，并加快施工進(jìn)度，混凝土必須具有良好

3、的早強(qiáng)、低溫負(fù)溫強(qiáng)度增長(zhǎng)性能，因此采用低溫早強(qiáng)耐久性混凝土。施工期問(wèn)，混凝土墩臺(tái)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(tái)會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力而出現(xiàn)非結(jié)構(gòu)性裂縫。而要通過(guò)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(tái)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(duì)橋梁混凝土墩臺(tái)的影響，并采取相應(yīng)的對(duì)策有著重要的意義。2墩臺(tái)裂縫形式及產(chǎn)生機(jī)理21橋梁墩臺(tái)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(tái)在施工期出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫，是一個(gè)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(tái)在日照時(shí)間較長(zhǎng)側(cè)的裂縫；墩臺(tái)模板對(duì)拉筋孑L處的裂縫；墩臺(tái)模板分塊接縫處的裂縫；橋墩頂部環(huán)向裂縫；墩臺(tái)混凝土表面細(xì)小、不規(guī)則、長(zhǎng)短不一的裂縫。22墩臺(tái)裂縫及其成因分析混凝土墩臺(tái)開裂往往是多種因素共同作用的結(jié)果，造成寒區(qū)墩臺(tái)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(qiáng)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(tái)開裂的一個(gè)主要原因。我國(guó)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(zhǎng)達(dá)6～8個(gè)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(jí))頻繁，多集中于10月一次年4月間。日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，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(duì)混凝土具有強(qiáng)烈的腐蝕作用。外部環(huán)境因素影響現(xiàn)澆混凝土墩臺(tái)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(guò)30kg／m。b砂率：砂率選取要兼顧強(qiáng)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(qiáng)度有所下降；砂率減少則反之；⑥砂率過(guò)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(tái)表面產(chǎn)生早期裂縫(紋)；⑧砂率過(guò)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(yàn)選定砂率在30％～40％之問(wèn)。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(qiáng)度，應(yīng)提高外加劑摻量，但摻量過(guò)大會(huì)使混凝土離析、泌水，不利于施工。d水膠比：若水膠比過(guò)大，混凝土內(nèi)部形成空隙過(guò)多

8、，密實(shí)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(guò)小，則和易性差，影響施工操作，難以振搗密實(shí)，使得力學(xué)性能和耐久性指標(biāo)降低。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)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(guò)試驗(yàn)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(jì)經(jīng)抗裂、抗凍、抗?jié)B、耐風(fēng)蝕、抗腐蝕、護(hù)筋性、堿骨料反應(yīng)、抗氯離子滲透等八項(xiàng)耐久性指標(biāo)檢驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)制式攪拌機(jī)。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(chǔ)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(shí)，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(shí)、先后用水溫度一

10、致；@當(dāng)氣溫低于一l℃時(shí)，采用地爐或加熱料倉(cāng)預(yù)先對(duì)砂、石料進(jìn)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(shí)間，水溫降低到40℃左右時(shí)，再投入水泥和外加劑；當(dāng)混凝土的水泥用量大于350kg／m時(shí)，為避免攪拌機(jī)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(guò)程

11、中，主要控制拌和時(shí)間與含氣量的關(guān)系，根據(jù)拌和機(jī)的運(yùn)行速度確定，攪拌時(shí)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(shí)抽檢。f對(duì)攪拌好的混凝土，應(yīng)檢查出機(jī)溫度(出機(jī)溫度根據(jù)氣候條件、保溫方法，由澆筑溫度加上運(yùn)輸及澆筑過(guò)程中的熱量損失得到。為保證人模溫度在7～I(xiàn)O~C范圍內(nèi)，出機(jī)溫度應(yīng)保證在12～15％)及和易性，若差異較大時(shí)，應(yīng)檢查材料加熱溫度、投料順序或骨料含水率，以便及時(shí)調(diào)整。34混凝土運(yùn)輸a

12、根據(jù)施工方量、施工進(jìn)度、運(yùn)距(一般不宜超過(guò)6km)、澆筑時(shí)間、道路情況等因素，合理配備運(yùn)輸罐車數(shù)量，做到少裝快運(yùn)，少停留。少倒運(yùn)，減少含氣量及坍落度損失，確保連續(xù)澆筑。b在運(yùn)輸過(guò)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(guò)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(yùn)輸過(guò)程中混凝土溫度不能降低過(guò)快，一般每小時(shí)溫度降低不宜超過(guò)5～6~C，且保證人模溫度在7～10cC。d運(yùn)輸罐車除保溫防風(fēng)外，還必須嚴(yán)密不漏漿