word】 高性能混凝土橋墩裂縫成因分析及預防

1、高性能混凝土橋墩裂縫成因分析及預防技經(jīng)濟市場高性能混凝土橋墩裂縫成因分析及預防郭靖(中鐵十二局集團)摘要:本文介紹了鄭西客運專線高性能混凝土橋墩裂縫產(chǎn)生的原因及預防緩解措施,以引起后續(xù)工程施工的重視,為今后類似工程的施工積累經(jīng)驗.關鍵詞:高性能混凝土;橋墩;裂縫1前言鄭西客運專線為我國即武廣之后的第二條高速鐵路,設計時速350km/h,運營使用壽命為l00年.鄭西客運專線的建設在我國鐵路建設史上具有劃時代的歷史意義,結構物施工中所用混凝土均為高性能混凝土.高性能混凝土是在大幅度提高普通混凝土性能的根底上采用現(xiàn)代混凝土技術制作的混凝土,通過改善混凝土的特性來提高混凝土結構物的使用壽命,是以耐久性

2、作為設計的主要指標,針對不同用途的要求,對特殊性能有重點的加以保證.高性能混凝土本身應具備六大指標:抗裂性護筋性耐久性抗凍性耐磨性抗堿一骨料反響.高性能混凝土六大指標決定其具有四大特點:高耐久性高工作性高強度高勻質(zhì)性.做為一種新型建筑材料,同以往所使用普通混凝土相比,高性能混凝土工作性能本身具有顯著的優(yōu)點,抗裂性能,抗氯離子滲透性能,抗堿骨料反響性能,護筋性能,抗凍性能,相對耐久性都有了顯著的提高,但作為一種建筑材料,本身也必然的存有一定的缺陷,如對使用環(huán)境要求更為嚴格,材料質(zhì)量,材料溫度,混凝土拌合,混凝土運輸,混凝土澆筑振搗的要求相對更為嚴格.由于施工環(huán)境,氣候,施工工藝,混凝土材料組成,

3、混凝土配合比,高性能混凝土早期強度低的特性等因素可能會造成一些混凝土結構物施工缺陷,橋墩混凝土裂縫就是一種通病.本文就此混凝土產(chǎn)生裂縫的原因進行了調(diào)查分析,提出了緩解混凝土裂縫的措施,僅供參考.2裂縫調(diào)查情況由于在其他工程工程施工所用的混凝土均為普通混凝土,已有比擬完善的施_工藝和管理體系,且具有較為豐富的施工經(jīng)驗.但高性能混凝土施工在鄭西客運專線還是首次,可借鑒的知識和經(jīng)驗相對較少,有許多地方還需邊學,邊干,邊研究,高性能混凝土橋墩施工就是一個例子.鄭西客運專線的橋墩設計長為13.2m,寬度3.5m,高度4m34m不等.橋墩分實心墩和空心墩,橋墩截面為圓型或圓端型.由于是首次施工,所以特別關

4、注,施工前進行了實心墩和空心墩的試驗墩澆筑.澆筑時間為2007年6月18日,環(huán)境環(huán)境溫度26,混凝土人模溫度28-3,模板溫度27.5,各項指標滿足客專技術條件要求.空心墩高度14.8m,混凝土方量149.8m,實心墩高度6.5m,混凝土方量102.5m3.混凝土澆筑完畢于7月22拆模,拆模強度23.8Mpa,大于設計強度的75%,外觀顏色均勻統(tǒng)一,外表質(zhì)量較好,到達了預期的澆筑試驗目的.拆模后立即用土布進行包裹,土工布外用塑料薄膜進行包裹,后飽水養(yǎng)護,保持混凝土外表濕潤.每日對混凝土外表進行觀察,4天后實心墩外表出現(xiàn)一條環(huán)向裂紋,長度33cm,寬度0.1mm,經(jīng)每日觀察,裂紋有繼續(xù)開展趨勢.

5、7天后墩身中間位置距承臺高2.5m向上出現(xiàn)一條長度28cm,寬度0.1mm豎向裂紋,經(jīng)每日觀察,裂紋也有繼續(xù)開展趨勢.14天后2021年第5期兩條裂紋開展趨于穩(wěn)定,環(huán)向裂紋,長度58cm,寬度0.2mm,豎向裂紋長度63cm,寬度0.2mm.空心墩一直未見有裂紋出現(xiàn).3裂縫成因及預防措施由于墩身根底為鋼筋混凝土半剛性根底,首先排除了基底不實和沉降變形的可能,附近無放炮和山體位移等外界影響,排除了外力造成裂縫的可能性.根據(jù)裂縫的特征和規(guī)律分析與混凝土原材料,高性能混凝土本身的特性,結構物的形式和外界環(huán)境等因素有關.3.1混凝土原材料的影響3.1.1水泥的影響混凝土強度等級設計為c3O,水泥用量較

6、小,243kg,m,采用P.042.5普通硅酸鹽水泥,其早期的水化熱和水化速度相對較快,混凝土內(nèi)部早期蓄熱量較大,引起墩身內(nèi)部溫度較高.3.1.2骨料的影響骨料在混凝土中占絕對數(shù)量,它的形狀,大小,級配以及熱學性能對混凝土的膨脹收縮至關重大.粗骨料采用硅質(zhì)石灰?guī)r,飽水單軸抗壓強度135.8Mpa,含泥量O.6%,無堿骨料反響有害物質(zhì)存在,級配良好,最大公稱粒徑31.5mm;砂子為水洗河砂,細度模數(shù)2.62.8,含泥量0.8%,無堿骨料反響有害物質(zhì)存在,級配良好.骨料對混凝土裂縫的影響較小.3.1-3當?shù)貧夂驐l件的影響河南地區(qū)六月中旬為旱季,氣候枯燥,容易造成混凝土內(nèi)部失水過快,形成混凝土養(yǎng)生補

7、水小于混凝土內(nèi)部失水,混凝土快速水化水量缺乏引起混凝土外表收縮增大,形成外表收縮裂縫.3.2高性能混凝土特性影響高性能混凝土與普通混凝土最大的區(qū)別是在材料組成上引入了大量礦粉,粉煤灰替代水泥,由于礦物摻合料早期水化速度相對較慢,導致混凝土早期強度相對較低,早期抵抗外界影響能力較低,成為誘發(fā)混凝土出現(xiàn)裂縫的一重要因素.3_3結構物型式影響實心橋墩設計均為大體積混凝土,混凝土方量大,內(nèi)部水化溫度高,設計上又無特殊散熱處理,橋墩為圓型結構,內(nèi)部散熱相對較慢.從而極易形成溫度膨脹,收縮裂縫.3.4溫差梯度,濕度梯度影響惡劣的氣候環(huán)境使得混凝土內(nèi)外溫差梯度和濕度梯度加大,加劇了混凝土外表的干縮,也是導致

8、混凝土裂縫的主要原因之一.3.5混凝土施工方法和工藝的影響3.5.1混凝土配合比的影響混凝土配制時所選參數(shù)對混凝土結構物的質(zhì)量有著直接的影響,如砂率過小,不易施工操作,砂率過大,單位體積混凝土內(nèi)骨料比外表積增大,混凝土的收縮相對增大,容易在混凝土外表出現(xiàn)開裂;如膠凝材料用量過大,不但引起混凝土芯部溫度升高,而且混凝土的收縮也相對增大,容易在混凝土外表出現(xiàn)開?盤?技經(jīng)濟市場裂;對于c30強度等級以上混凝土,粗骨料的粒徑宜為31.5mm以下,不宜過大,單位質(zhì)量的粗骨料比外表積有所增大,顆粒數(shù)目增多.雖然比外表積增大但對昆凝土的收縮影響不大,而粗骨料顆粒數(shù)量適量增多,對限制混凝土收縮有較大奉獻.3.

9、5.2供料速度及連續(xù)性的影響橋墩一次性灌筑的混凝土的方量較大,施工時間比擬長,混凝土失水快,收漿快,混凝土采用罐車運輸,如果供料不及時,澆筑不連續(xù),就容易使混凝土產(chǎn)生冷接縫,形成薄弱層,由于上下混凝土的收縮不同,在薄弱層的外表極易形成收縮裂紋.3.5.3拌合物不均勻影響由于混凝土拌合所用骨料的含水率不同,變化性較大,雖然采用了混凝土集中拌合,電子計量上料,但仍然存在由于骨料含水率不均勻而產(chǎn)生的混凝土工作性能差異,導致混凝土的坍落度,凝結時間,拌合物漿體的差異,這些差異對混凝土外表出現(xiàn)裂縫有不同程度的影響.3.5.4漏振與過振的影響漏振使局部混凝土勻質(zhì)性差,容易產(chǎn)生不規(guī)那么裂縫;過振使混凝土中石

10、子下沉,砂漿上浮,外表泌水量加大.砂漿的收縮大約是混凝土的3倍.因此,砂漿量過于集中的層面極易形成貫穿縱向(環(huán)向)裂縫.3.5.5養(yǎng)護不及時的影響在客觀條件下,混凝土拆模前隱藏著有潛在裂縫,拆模后如果養(yǎng)護不到位,等于是雪上加霜,將使混凝土裂縫寬度加大,數(shù)量增多.但有時在養(yǎng)護環(huán)節(jié)上容量造成一種視覺假象,養(yǎng)護時雖然混凝土外表始終處于濕潤狀態(tài),但由于混凝土本身內(nèi)部毛細作用也再同時向外透水,形成補水,透水的一種循環(huán),如內(nèi)部透水大于外部補水,養(yǎng)護工作便失去了作用,但給人的視覺還是在進行養(yǎng)護.這樣容易形成養(yǎng)護不到位的養(yǎng)護裂縫.4混凝土裂縫的預防和緩解措施針對高性能混凝土橋墩外表出現(xiàn)裂縫的成因,在施工過程中

11、加強原材料進場檢驗,并完善施工工藝,具體措施預防如下.4.1原材料進行過程質(zhì)量控制4.1.1水泥采用河南仰韶P.042.5水泥.該水泥早期消化熱較低.水泥性能復檢試驗結果見表1.表1水泥性能復檢試驗結果序號檢驗工程技術要求復檢結果1燒失量,%502252氧化鎂含量,%5O2523三氧化硫含量,%352l04細度,%lO025初凝451425凝結時間,min終凝60O2796安定性臺硌臺格3d抗折355728d抗折65837強度,MPa3d抗壓1625528d抗壓4254838堿含量,%O80O249氯離子含量0D6000l4.1.2骨料:細骨料采用級配良好的水洗河砂,細度模數(shù)2.62.8,含泥

12、量0.61.2%;粗骨料采用粒徑31.5mm以下級配良好的硅質(zhì)石灰?guī)r,針片狀含量滿足高性能混凝土用粗骨料要求,并使其空隙率減至最小.加強材料進場控制,引導采石場生產(chǎn)粒形良好,級配合理,針片狀含量滿足要求的碎石,對進場的碎石分級堆放,分級使用.(1)細骨料采用河南洛河砂場二區(qū)中砂.砂試驗結果見表2表2細骨料試驗結果序號檢驗工程技術要求復檢結果i細度模數(shù)292堆積密度,/m15203表觀密度,/砷.26204緊密空隙率,%385鞏固性%82.06吸水性,%2l27含泥量%20O728泥塊含量05olOI9云母含量,%05O.O8I10輕物質(zhì)含量,%O5O081l氰離子含量,%<0O2來檢出硫

13、化物及硫酸鹽含l2O5O.O5量,%13有機物含量合格合格砂漿棒膨14堿活性0.100Ol脹率,%(2)粗骨料采用河南西陽碎石場二級配的碎石復配成525mm連續(xù)級配碎石,最大公稱粒徑25mm石灰?guī)r碎石,粗骨料試驗結果見下表.根據(jù)復配結果,以方案一復配結果為理想級配.袁3碎石復配試驗結果復配方案(復配比例,%)l規(guī)格種類方案一方案二方案三ll020m90858O1525m1ol520試驗工程方案一方案二方案三松散堆積密度/m154O1520l520緊密空隙率,kg/m.363737篩孔累計篩余百分率,%尺寸,技術要求方案一方案二方案三m3L500OO25O52332O26283216307053

14、5557l079828O59O1O09798982.5951001O0llO0碎石的品質(zhì)及有害物復檢結果見表4表4碎石品質(zhì)及有害物復檢試驗結果序號檢驗工程技術要求復檢結果1壓碎指標,%1052鞏固性,%503吸取水率,20254含混量,%0.5O.255泥塊含量,%0.25026針片狀顆?？偤?%83.87硫化物及硫酸鹽含量050.048氯離子含量,<O.02未檢出9活性礦物無堿活性礦物4.13合理選用外加劑:不同外加劑品種對混凝土收縮影響區(qū)別較大,應首選緩凝型聚羧酸系高效減水劑.因減水劑可以降低混凝土拌和用水,降低水膠比,提高混凝土抗?jié)B性能和抗拉強度,對減小混凝土收縮十分有利.但過分

15、摻入,混凝土泌水率加大從而增加沉降變形.引氣劑也可摻用,混凝土中適量引進含氣量可以減小混凝土泌水沉降,有利于防止混凝土收縮開裂,有利2021年第5期技經(jīng)濟市場于提高混凝土耐久性.減水劑采用山東菏澤聯(lián)強聚羧酸減水劑.外加劑性能復檢結果見表5表5摻外加劑混凝土性能復檢試驗結果序號檢驗工程技術要求復檢結果1減水率,%2O2g2含氣量,%45403常壓泌水率,%2OO3d130l624抗壓強度比,%7d12515028dl202125對鋼筋銹蝕作用無銹蝕無銹蝕6收縮率比,%l127相對耐久性指標,%,20O次808508水泥凈漿流動度,m2402709硫酸鈉含量,%l00l08l0氯離子含量,%020

16、O0l11堿含量,%10O2.54.1.4摻加礦物摻合料:以磨細礦渣粉,優(yōu)質(zhì)粉煤灰替代部分水泥可以降低混凝土早期水化熱,降低和推遲混凝土水化熱峰值點,有效降低混凝土出現(xiàn)收縮裂縫的機率.(1)礦渣粉礦渣粉采用山西長治鋼鐵瑞昌S95級礦渣粉礦渣粉性能復檢結果見表6表6礦渣粉性能復檢試驗結果序號檢驗工程技術要求復檢結果1比外表積,%35050O4282燒失量,%3O0.63氧化鎂含量,%146.28三氧化硫含量,44.0O.33%5氯離子含量,%O.020.O016含水率,%1.0O.17需水量比,%10O958堿含量,%0.26g28d活性指數(shù)959g(2)粉煤灰采用河南洛陽發(fā)電廠I級粉煤灰.粉煤

17、灰性能復檢結果見表74I2混凝土配合比計量控制:對混凝土配合比進行優(yōu)化,在滿足工作性能,強度等物理力學指標的前題下,盡可能采用較低砂率,低膠材用量,低用水量,低坍落度.試驗人員加大骨料含水率的測試,及時根據(jù)骨料含水率的變化對施工配合比調(diào)整,保證混凝土均勻穩(wěn)定.袁7粉煤灰性能復檢試驗結果序號檢驗工程技術要求復檢結果1細度,%l2112燒失量,%3.O293含水率,%l0O244需水量比,%1O0g65三氧化硫含量,%3O0616堿含量,%|1.417氯離子含量,%O.O17f表8試驗混凝土配合比及拌合物工作性能編號水泥礦渣粉粉煤灰砂石KJJs水G30泵送2577g59734l1Ol32l70混凝

18、土拌合物性能試驗結果坍落度,m3Omin坍濕容重電通量含氣量,%泌水率,%l初始30mln損,mkg/m.(c)f1.517025260324207354.3施工過程控制4.3.1采用混凝土集中拌合,微機控制上料,保證混凝土計量準確,和易性穩(wěn)定.4.3.2合理安排施工機具,澆筑工序,保持混凝土澆筑的連續(xù)性.4.3.3適當延長拌合時間,合理安排振搗,合理選定拆模時間,避開大風時段拆模.4.4.4加強養(yǎng)護措施,防止混凝土過早失水.橋墩應采用噴施養(yǎng)護劑或蒙裹塑料薄膜的方法,不宜單純采用灑水養(yǎng)護,保持混凝土外表始終濕潤,保證養(yǎng)護補水量大于混凝土內(nèi)部毛細作用透水量.5控制效果試驗墩澆筑暴露出了混凝土施工中所存在的一些問題,根據(jù)這些問題,通過對混凝土原材料,混凝土配合比的優(yōu)化調(diào)整,加強