谈大跨度预应力混凝土转换梁的施工

一、混凝土裂缝产生的主要影响因素
转换大梁混凝土产生裂缝的主要影响因素有以下几点：
1. 混凝土温升值的影响混凝土的温升值是浇筑温度、水化热的绝热温升等各种温度的叠加之和。转换大梁多使用高强混凝土，又多使用高标号水泥，高标号水泥易产生较高的水化热绝热温升，其收缩量较大。转换大梁一般断面较厚，水化热聚在结构内部不易散失，以上两因素共同作用的结果使转换大梁混凝土温升值过大，其内部最高温度经常达60℃以上。此外混凝土的浇筑温度较高，也相应增加混凝土的温升值。
2. 混凝土温度变化的影响在混凝土温升值较高的情况下，由于转换梁混凝土内部和表面散热条件不同，因而形成温度梯度，使混凝土内产生压应力，表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝，属表层裂缝。表面裂缝的产生易引起梁体内钢筋的锈蚀，对转换梁的耐久性会产生影响；而贯穿裂缝会影响结构的整体性、耐久性和防水性。所以从控制裂缝的角度而言，应着重采取措施避免转换梁混凝土截面贯穿性裂缝的产生。
3. 混凝土收缩变形的影响混凝土的收缩变形指混凝土的干缩和碳化收缩。由于混凝土内部湿度的不均匀，其收缩变形也随之不均匀，这样就在混凝土内部产生较大的收缩应力；若混凝土的收缩变形受结构外部约束条件的反作用，从而产生约束收缩变形的应力，也视为收缩应力。当混凝土的收缩应力大于混凝土抗拉强度时，即产生收缩裂缝。混凝土施工时使用的泵送混凝土具有较高的流动性，水占的比重较大，增大了混凝土的收缩量，与抗裂的要求相互矛盾，故在满足混凝土泵送的坍落度下限条件下应尽可能降低水灰比。在混凝土工程施工中还应严格控制砂、石骨料的含水率，并通过计算机合理调整配料的水灰比，进一步减少用水量。
二、混凝土工程施工中的裂缝控制
在转换梁的混凝土工程施工当中，为保证混凝土浇筑质量，确保结构和构件的安全性和耐久性，就要通过控制混凝土绝热温升，延缓混凝土降温速率等方法来减少或避免混凝土中温度裂缝和收缩裂缝的出现。具体措施如下：
1. 混凝土配合比设计及材料选用
(1) 降低水泥用量由于混凝土中水泥用量与产生的水化热温升大致呈正比关系，因此在保证混凝土强度及流动性的前提下，应优化混凝土的配合比设计，减少水泥用量，降低混凝土的绝热温升。
(2) 掺加粉煤灰粉煤灰是泵送混凝土的重要组成部分。在混凝土中掺入一定掺量具有优良性质的粉煤灰( 不低于ⅱ级)，受粉煤灰的火山灰活性效应及微珠效应的影响，混凝土强度还有所增加( 包括早期强度)，密实度增加，收缩变形有所减少，泌水量下降，坍落度损失减少。将粉煤灰与减水剂一同掺入混凝土称为“双掺技术”，通过应用“双掺技术”能起到降低水灰比，减少水泥浆量，提高混凝土可泵性的良好效果；特别是可明显地延缓水化热峰值的出现，降低混凝土内部绝热温升峰值，其收缩变形也有所降低。
(3) 掺加减水剂混凝土中掺加减水剂，能保持混凝土工作性质不变而显著减少拌和水和水泥用量10% 左右，降低水灰比，改善和易性；同时降低水化热量，减缓水化速度，使温升时间延长；降低水化热峰值，使混凝土的表面温度梯度减小。
2. 混凝土施工方法
根据混凝土的配合比和预计的施工气候及现场条件，可采用大体积混凝土结构三维有限元温度分析程序，对转换梁整个施工过程中的温度状况进行分析和计算，掌握混凝土在施工中和浇筑后一个月内各部位温度的变化规律，为转换梁的混凝土施工提供科学的依据。
相应地在施工方法上可采取下列措施以防止混凝土温升值过大和提高混凝土抗拉强度：控制混凝土的出机温度和浇筑温度。
规范规定混凝土浇筑温度不宜超过28℃，降低混凝土的浇筑温度，也就是相应地降低了混凝土内部的最高温度，并减少了结构的内外温差，同时延长了混凝土的初凝时间。在常温中进行混凝土浇筑施工时可在搅拌用水中加冰块，使搅拌水温控制在4℃ -8℃之间，以起到降低混凝土浇筑温度的作用。
采用分层次浇筑施工的方法，按每层厚300-500mm 进行连续浇筑，并在前一层混凝土初凝之前，将后一层混凝土浇筑完毕。
采用叠合梁原理将转换梁按叠合构件进行施工，即通过沿梁高度方向设置水平施工缝将梁分割成几个厚度较大的层次，在上一层次混凝土浇筑完成达到一定强度且其中温度分布及变化己趋于均衡的情况下，再进行下一层次混凝土的浇筑。此办法将可缓解大体积混凝土水化热高、内外温差过大等对裂缝控制的不利影响；同时，即使在裂缝出现的情况下，也不易形成贯穿梁体截面上下的裂缝。
3. 构造措施
有研究结果表明，在转换梁施工中，为使构造钢筋能与混凝土较好地协同工作共同抵抗温度应力和收缩应力，起到温度筋的作用，配筋采用8-14mm的钢筋和100-150mm 的间距比较合理；全截面的构造钢筋配筋率不宜低于0.3%，应在0.3%-0.5% 之间。
因此，在设置转换大梁横向构造钢筋时，宜选用小直径、小间距的配筋；必要时也可应用等强代换的原则，将原设计构造配筋进行转换。在确定施工方案时，应事先对混凝土中的温度应力、收缩应力、约束应变和相应的混凝土抗拉强度以及极限拉伸值进行对比验算，若所配置的构造钢筋不能起到抵抗约束应变的作用，可适当增配温度筋，能有效地提高混凝土的抗裂性能。
4. 混凝土养护措施
在进行转换梁的大体积混凝土施工后，应采取养护措施控制混凝土内部与外表面温度，使其温差小于25℃；并延缓混凝土降温速率，防止混凝土降温速度过快，实际工程中可采用蓄热保温法进行养护。
蓄热保温法，即在转换梁混凝土裸露表面和模板四周覆盖保温材料，可减少混凝土表面的热扩散，减小混凝土表面与中心的温度梯度，防止产生表面裂缝；并延长散热时间，充分发挥混凝土的潜力和材料的松弛特性。使混凝土总温差所产生的拉应力小于混凝土抗拉强度。混凝土表面所需覆盖的保温材料厚度可根据热交换原理，依据施工手册中的理论公式进行计算。
5. 混凝土温度监测
为进一步掌握混凝土温升值的高低和不同深度处温度升降变化规律，在混凝土内部与外表面温差过大或温降速率过快的情况下提供预警，须在混凝土浇筑后对其进行温度监测。施工中应在不同的深度下测温管，离混凝土表面100-150mm 处必须测温，在混凝土内部中心偏下部位也应测温，否则不易控制混凝土内部的温度。发现混凝土内部温度与外表面温度差值大于25℃或降温速率过快时，应采取保温或养护措施以控制混凝土裂缝的产生。
6. 裂缝的检测与处理
由于转换梁混凝土体量大，且所用混凝土强度等级较高，易产生较高的水化热；施工阶段产生的温度应力和收缩应力不大可能完全得到控制，因此转换梁梁体不可避免地可能产生一定数量的裂缝。裂缝依据其危害程度不同可分为有害裂缝和无害裂缝，有害裂缝与无害裂缝的区分有一个近似的量化的标准，即0.2mm。裂缝的宽度若大于0.2mm，梁体内的钢筋易受外界条件例如水的渗入以及空气中酸性物质的影响而引起锈蚀，从而对转换梁的耐久性产生不利影响，故视为有害裂缝；宽度小于0.2mm的裂缝则对转换梁的耐久性影响不大，且在对梁体施加预应力之后裂缝还有可能完全闭合，因此可视为无害裂缝。
对裂缝的观测可采用专门的读数显微镜来进行，应对各施工阶段例如转换梁预应力钢筋张拉前后的混凝土裂缝宽度均进行观测，掌握其宽度变化规律，为后期裂缝处理方案的制定提供依据。
为提高转换梁的耐久性，需对梁体的裂缝进行表面的封闭，可采用向宽度大于0.2 的裂缝注入环氧树脂或特细水泥浆等胶凝材料对构件进行密封补强。