预制T梁混凝土的质量通病及防治技术＊

2013-04-17刘富成朱小京关爱军李北星

交通科技 2013年4期

刘富成朱小京关爱军黄林李北星

（1.湖北省谷竹高速公路建设指挥部房县 442100；2.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室武汉 430070）

目前的高速公路桥梁设计中，中等跨度（跨径30～50m）的桥梁普遍采用简支或多孔连续T梁的结构形式，作为主体结构的T梁，其构件的质量直接关系到桥梁的使用性能及使用寿命。由于T梁结构的异形及钢筋、波纹管布置密集，混凝土浇筑施工困难，加上混凝土原材料的选用与质量控制不严、混凝土配合比设计不科学、施工人员对施工关键技术及质量控制要点的认识不足等原因，导致预制T梁混凝土存在着较多的外观与实体质量通病，严重影响了桥梁的使用性能。因此，对预制T梁进行质量通病及诱因分析，开展T梁预制工艺及混凝土质量的研究与探讨具有重要的意义。

1 预制T梁混凝土质量通病及诱因分析

1.1 外观质量缺陷［1－2］

（1）水线砂痕、水纹。水线砂痕通常出现在腹板和马蹄部位，水线的形状呈蚯蚓状，砂痕呈泪痕状，水纹通常出现在腹板部位，形状呈鱼鳞状。产生的主要原因有：①混凝土未经过充分搅拌，在混凝土振捣时，水分随模板下流，形成水线；②拌和物粘聚性差，加上附着式振捣器过振，砂浆富集模板，干燥后便会形成水线砂痕；③模板上部拉杆稀疏，紧固不严格，振捣时模板与混凝土表面不能很好贴合，上层浆体很容易从模板与混凝土缝隙中渗流，拆模后即在混凝土表面留下水纹水线等。

（2）气孔。气孔主要出现在T梁马蹄斜面与腹板位置，最大孔径为8mm，出现原因主要有：①马蹄斜面排气困难，混凝土振捣不足，气泡未完全排出，部分气泡残留在混凝土与模板之间；②混凝土搅拌、运输、下料过程中引入的气泡，该类气泡尺寸较大，在振动容易排出，但若漏振、欠振，则会在混凝土内部及表面形成大气泡；③拌和物浆体含量多，过振后多余水分蒸发后形成的水囊孔隙，主要出现在腹板；④使用废机油等粘度较大的脱模剂，导致气泡排除困难。

（3）麻面。混凝土表面缺浆，局部出现许多小凹坑、麻点（直径通常不大于5mm），形成粗糙面，但无钢筋外露现象。容易出现在T梁腹板与端头截面位置。主要原因有：①使用后的模板未进行表面清理即再次投入使用，粘有硬水泥砂浆等杂物；或是表面发生锈蚀，产生凹凸不平的锈蚀点；②浇筑分层厚度过大，振捣不密实，混凝土中的气泡未排除，一部分气泡停留在模板表面，形成麻面；③模板接缝拼装不严密，浇筑时缝隙漏浆，混凝土表面沿模板缝位置出现麻面；④脱模剂涂刷不均匀，脱模过早，混凝土与模板不能有效分离而粘模，造成混凝土表面的小凹点。

（4）蜂窝、孔洞。混凝土表面无水泥浆，骨料间有空隙存在，形成数量或多或少的窟窿，形状不规则，露出石子深度大于5mm，深度不及主筋。深度和长度不超过保护层厚度的为蜂窝，超过保护层厚度为孔洞，主要出现在T梁端头的锚垫板部位与马蹄根部。出现原因有：①此部位混凝土振捣困难，T梁端头模板未设附着式振捣器振捣，很容易造成振捣不实形成蜂窝孔洞；②混凝土塌落度过小或骨料最大粒径过大，浇筑时受到钢筋的阻挡，混凝土流动困难，拆模后形成蜂窝；③马蹄根部伸出模板的受力筋较多，端头模板与侧模拼装存在空隙，波纹管与模板缝隙封堵不严，造成漏浆，形成蜂窝。

（5）烂边、烂根。“烂边”和“烂根”主要是由于模板拼缝不严密，接缝处止浆不好，模板下底边与台座包边角钢结合不紧密，振捣时混凝土表面失浆造成；漏浆较少时边角出现“毛边”，漏浆严重时出现混凝土蜂窝麻面；另外附着式振捣器布置过密、过低、太靠近拼缝也是造成T梁“烂边”和“烂根”的一个原因。“烂边”主要出现在横隔板与T梁端头转角处，端头马蹄根部易出现“烂根”现象。

（5）色差。表现为腹板表面颜色不一致，主要包括区域性颜色差异和腹板垂直方向上的层印。出现的原因有：①模板生锈，混凝土表面被锈迹污染；脱模剂涂刷不均匀、涂刷过多，或是脱模剂粘性大，拆模后造成脱模剂粘附在腹板表面；②分层浇筑时混凝土振捣过度，造成石子下沉，水泥砂浆上浮，浆多的地方颜色发青，石子多的地方颜色发白；③由于原材料质量波动，混凝土拌和物均质性不良，也会出现颜色差异；④混凝土浇筑顺序控制得不好，浇注下层混凝土时，上层混凝土等待时间过长，混凝土出现明显的接茬痕迹。

1.2 早期开裂

T梁混凝土早期容易开裂不仅仅是由高强高性能混凝土结构特点决定的［3］，更多的还有人为方面的原因，主要有以下几个方面：

（1）混凝土配合比设计理念落后，粉煤灰等矿物掺和料取材困难，阻碍了矿物掺量料的使用。原材料质量参差不齐，减水剂减水率较低，导致水泥用量高（普遍在480～500kg／m3）。

（2）施工单位注重混凝土早期强度、强度合格率与施工劳动强度等，选用52.5级高标号水泥施工，混凝土单方水泥用量高、坍落度偏大（大于160mm）。

（3）拌和物粘聚性差，施工控制不严，降低了构件混凝土匀质性，使硬化混凝土变形不均匀。

（4）昼夜环境温差大，早期养生不重视保温保湿或养护不合理（脱模后立即浇冷水养护等）。

1.3 混凝土回弹强度低

T梁常出现回弹强度低，但钻心强度却满足要求的现象，这种现象说明表层混凝土结构不密实。主要原因有：

（1）混凝土拌和物坍落度偏大，保水性差，振捣后表层浆体水灰比较高，使得混凝土表面的强度低。

（2）T梁的养护不重视，表层水泥水化过早停止，养护过程中混凝土表面存在干湿循环等，降低了表层混凝土结构的密实度。

（3）混凝土配合比设计不当、施工控制不严，致使水灰比增大，引起硬化混凝土的孔隙率增大，形成的毛细通道为空气中的CO2等介质入侵混凝土内部提供了有利条件，短期时间内碳化深度增加，继而导致混凝土回弹强度推算值偏低［4］。

1.4 架设后梁面高程偏差较大

预制T梁架设后经常会发现梁面高程偏差较大，主要原因是预制施工时T梁翼板横坡控制不严格，浇筑结束后梁顶未收浆抹面造成平整度较差，台座预拱度偏小、张拉龄期偏早等导致张拉起拱超限也会引起梁面高程偏差。

这些施工质量问题很容易避免，施工不当造成的后果却十分严重，特别是翼板横坡控制不当造成湿接缝连接钢筋焊接困难，影响装配式预应力T梁结构的整体受力效果。梁面高程偏差不仅不利于桥面铺装层混凝土厚度的控制，也增加了铺装层施工前桥面清理调平的工作量。此外，梁顶平整度差容易造成塑性收缩裂缝，降低了桥面铺装混凝土与主梁的粘结效果，桥面铺装早期劣化加速。

2 预制T梁混凝土施工控制要点

2.1 原材料

预制T梁混凝土强度等级高，混凝土强度主要受水胶比的影响，受水泥强度等级影响不大。因此，应选用收缩小、水化热小的水泥品种，并控制水泥的安定性。T梁预制宜使用P·O42.5水泥。

掺加粉煤灰等矿物掺和料可以改善混凝土的内部孔隙结构，这也是目前提高混凝土耐久性的主要措施。预制T梁混凝土可掺入10%～20%的粉煤灰或是20%～30%的矿粉等量取代水泥。

砂石料应符合JTG T F50－2011《公路桥涵施工技术规范》混凝土原材料用细集料、粗集料II类技术要求。碎石采用5～20mm连续级配，由4.75～9.5mm和9.5～19mm两粒级组成，砂的细度模数宜为2.6～3.2。

外加剂应选用缓凝、早强、引气量小、掺量少的聚羧酸高效减水剂I级产品，质量应符合《聚羧酸系高性能减水剂》（JG／T223－2007）要求，夏季施工时应调整外加剂的缓凝组分，适当延长凝结时间，以现场温度条件下混凝土初凝时间8～10 h为宜。

2.2 配合比设计

通过试验优化确定混凝土的配合比［5］，在确保混凝土工作性的前提下降低单位水泥用量和用水量，提高碎石用量，以提高混凝土的体积稳定性。C50T梁混凝土配合比设计参数范围为：胶凝材料用量450～480kg／m3，最大单位用水量不高于160kg／m3，碎石用量不小于1 100kg／m3。

选定配合比时，不同的含砂率、水灰比、外加剂等进行多组设计比较，除满足混凝土强度和弹性模量要求外，还应满足混凝土浇捣工作性能和外观质量要求，尽量减少表面气泡。根据T梁钢筋较密、振动难的特点，应保证粗集料粒径不超标，混凝土入模坍落度控制在（140±20）mm。

2.3 模板

T梁模板应采用专业厂家生产的定型钢模，钢模板表面平整度和各块模板之间的螺栓连接孔位精确度应符合规范规定和安装要求。对于内表面生锈的模板，拼装前应清理到位，并采用优质脱模剂，确保涂刷均匀，防止模板对混凝土外观造成不利影响。

为防止底板漏浆，在台座侧面贴上橡胶软条。侧模从中间向两边对称拼装，拼接完成后连接台座对拉杆，接着调节翼板横坡后连接梁顶对拉杆，为了保证模板整体稳定性，台座与梁顶对拉杆应确保紧固。两块模板面板连接处采用软橡胶条填塞，待面板夹紧，橡胶挤压变形堵住面板之间的空隙，能有效防止漏浆。最后安装波纹管端头锚垫板、端头及齿板模板，并使用泡沫填缝剂等具有一定粘度和强度的产品封堵模板各类预留孔的间隙。附着式振捣器应避免安装在模板拼缝处，端头模板可根据需要布设附着式振捣器，防止锚垫板以下混凝土振捣不实。

2.4 混凝土的浇筑工艺

预制T梁采用后张法施工，内部布置有3根波纹管，波纹管以下混凝土不便采用插入式振捣棒振捣；马蹄部位与腹板连接处具有斜面，振捣时气泡不易排出；锚固区与端头底部混凝土由于波纹管阻碍，且布筋率高，浇筑时易出现浆体富集、漏浆、振捣不实等。因此，对于T梁混凝土浇筑［6－7］应严格控制混凝土拌和物的坍落度与粘聚性符合要求；波纹管下部混凝土主要采用附着式振捣器振捣，对振捣困难部位与模板边角还应采用小直径的插入式振捣棒或是插钎辅助振捣。

浇筑时应斜向分段、水平分层、一次连续浇筑完成不留施工缝，采用吊斗施工、双隔板双面梅花状布置（相邻间距不超过75cm）变频附着式振捣器。首先浇筑底板至马蹄形部位，间断式多次开启附着式振捣器以利于气泡的排除，之后每次布料厚度不大于30cm，最后布料至单一隔板顶面，顶板以插入式振捣器振捣为主，平板式振捣为辅。依此进行下一个隔板的施工，向梁体另一端斜向推进。

2.5 混凝土的拆模与养护

拆模应在梁体混凝土强度超过12.5MPa后进行，常温天气下，从浇筑完毕至拆模的间隔时间不宜短于18h。严禁用大锤猛击模板，以防损伤梁体及模板。凡是湿接缝、湿接头部位（梁端头、横隔板、翼缘板等位置的外露面混凝土），拆模后及时按规范进行凿毛，要求混凝土粗骨料大面积外露，深度宜为4～6mm。

T梁混凝土胶凝材料量较高，水胶比低，一旦混凝土内部湿度降低至80%，水泥基本停止水化，养生不到位造成表层混凝土结构不密实，甚至造成梁体开裂。预制T梁属异形构件，较常规养生困难，严禁不覆盖而直接采用人工浇水的干湿交替循环养生或根本不养生。夏季宜采用覆盖土工布或薄膜保湿养生，早期及时补水。冬季采用蒸汽养生，并配备蒸汽棚架，保证环境温度不低于15℃。夏季施工养生期限不得少于7d，冬季施工不得少于14d。应特别重视早期养生，防止梁体因养生不当产生裂缝［8］。