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摘要：目前，泗许高速公路淮北段正在推广铰缝自密实微膨胀混凝土科研成果。笔者从施工角度出发, 着重介绍配合比设计、工艺要求和施工细节。以实现科研预期的效果，改善空心板受力环境，以提高桥面的服务水平和使用年限。
关键词：装配式空心板铰缝自密实微膨胀混凝土施工工艺
Discussion hinge joints hollow slab of self-compacting concrete micro expansion construction technology
Zhu Zhongming
Anhui road and harbor engineering company ltd.
Abstract: at present, si hui highway huaibei period hinge joints are promoting micro expansion of self-compacting concrete scientific research achievements. From the Angle of the construction, this paper introduces proportion design, process requirement and construction details. In order to achieve the expected effect of scientific research, improve the hollow plate stress environment, in order to improve the service level of the bridge and use fixed number of year.
Keywords: built-up hollow slab hinge joints of self-compacting concrete micro expansion construction technology
中圖分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：
1背景简介
装配式空心板桥是我国桥梁工程中常规的桥型之一，以其建筑高度低、外形简单、受力明确、便于工厂化预制、标准化施工等优点，受到国内公路桥梁设计、施工的青睐。空心板桥板间以混凝土企口式铰缝连接。铰缝不是主体结构，设计一般不进行专门计算铰缝结构的安全性和耐久性。因此，铰缝没有引起设计人员足够的重视，给桥梁运营阶段留下了隐患。
另外，空心板施工必然经历从预制到安装的过程，使得铰缝混凝土的龄期要比梁体晚1-3个月，甚至更长。若不采取有效措施，铰缝的收缩在所难免，铰缝损坏后，出现单板受力，这已成为影响空心板桥梁结构安全和使用寿命的主要问题之一。
2简要回顾装配式空心板设计优化过程
2.1装配式空心板从开始的图（1）浅铰，逐步演化到图（2）中铰，再演化到图（3）深铰。体现了铰缝越来越被相关专家和设计人员所重视。
（1）浅铰（2）中铰 （3）深铰
2.2空心板预制由传统的气囊内膜，改为钢模板内膜，从而有效解决了气囊上浮导致顶板厚度及钢筋保护层不可控的问题。体现了模板制作水平的提高，施工工艺技术的进步。
3铰缝自密实微膨胀混凝土介绍与配合比设计
3.1工作原理简介
当混凝土膨胀时，钢筋产生拉应力，与此同时该部分混凝土对约束面产生相应的压应力。在钢筋混凝土结构中建立0.2-0.7MPa预压应力，相当于提高了混凝土早期抗拉强度，当混凝土开始收缩时，其抗拉强度足以抵抗收缩产生的拉应力。同时该部分混凝土的膨胀值抵消了收缩值，从而大大减轻混凝土的收缩开裂，达到抗裂、防渗的目的。
3.2自密实微膨胀混凝土配合比设计
3.2.1原材料的质量要求同普通高标号混凝土，这里不再叙述。我标段采用的原材料情况如下。
1）碎石：采用宿州市符离集产，粒径5mm～10mm，和10mm～20mm。掺量比例为：中石子：小石子=30%：70%。
2）砂：明光市中（粗）砂，级配II区。
3）水泥：江苏徐州中联P.O42.5级
4）水：符合饮用水标准。
5）外加剂：襄樊金旭FDN-4高效减水剂，江苏南京微膨胀剂。
3.2.2C40自密实混凝土初步配合比设计
1）配制强度
f cu,o≥f cu,k +1.645×σ=40+1.645×6=49.9MPa
2）水灰比
w/c = αa·fce/（f cu,o+αa·αb·fce）
= 0.46×42.5/（49.9+0.46×0.07×42.5）=0.38
3）确定用水量
设计坍落度220～240mm，集料最大粒径为20mm，根据JGJ55-2011查表坍落度90mm对应的用水量215kg/m3，坍落度每增大20mm用水量增加5Kg，故用水量215+5*7=250 kg/m3。外加剂的减水率为18%，掺量为水泥用量的1.6%，故用水量250*（1-18%*1.6）=178 kg/m3。
4）水泥用量mco = mwo/（w/c）=178/0.38=468 kg
5） 外加剂掺量的计算468 *1.6%=7.49 kg
6）膨胀剂掺量计算468 *11%=51.5 kg
7）水泥用量为468-51.5=416 kg
8）混凝土流动性大，参照JGJ55-2011标准，砂率取45%。
9）计算砂mso和石mgo的用量，采用体积法计算
mco/pc+ mpz/ρpz+mwo/ρw + mso /ρs+mgo/ρg+0.01α=1
βs= mso/（mso + mgo）
其中ρc=3100kg/m3，ρpz＝3000kg/m3，ρw=1000kg/m3，ρs=2610kg/m3，ρg=2700kg/m3。
求得：mso=787kg， mgo=962kg
（10）初步配合比（kg/m3）：
水泥: 砂:石:水:外加剂:膨胀剂 =416:787:962:178:7.49:51.5
3.2.3经试拌，各项工作性能满足要求，确定为基准配合比。在此基础上，水灰比分别增加和减少0.03，用水量不变，砂率分别增加和减少1%，做对比试验。
水灰比
（%） 坍落度
（mm） 7天强度（Mpa） 28天强度（Mpa）
0.35 225 53.1 60.1
0.38 230 48.6 55.2
0.41 240 40.1 52.6
试验结果表明，铰缝补偿收缩混凝土C40高性能混凝土保水性好，无泌水，后期强度较高。
4施工工艺
4.1梁板处理
梁板在浇筑前，将连接钢筋轻微点焊在外侧钢模板上，防止连接钢筋因振捣移动过深，造成寻找困难。在起梁前，应对腹板进行详细的凿毛处理，去除表面砂浆，露出粗骨料。用小型电镐凿毛功效较高，且对梁体损伤较小，凿毛深度控制在5～10mm，凿毛率大于70%。连接钢筋一并凿出，但连接钢筋张开角度不宜过大，防止影响板间缝的封闭施工。
4.2板间缝的封闭
板间缝的封闭可用吊模法，即用铁丝吊紧较为薄软的木板条，使木条紧贴梁板底面，若仍有细小空隙，最好用密封胶等进行填补。然后用膨胀砂浆进行封闭，膨胀砂浆面略高与直线段1cm左右，这样有利于压实、抹平。
1m3砂浆的配合比如下：（单位kg）
水泥：膨脹剂：砂：水：FDN-4=614:537:1336:244:8
在高程较低的一端，插入直径15mm左右的PVC管作为排水口，管口超出抹面5cm以上。这样，前期可以在铰缝蓄积3cm深的水对膨胀砂浆进行养护，养护期满后将超出砂浆面的PVC管去除,排出槽内积水或雨水，以及后来清缝冲洗产生的污水等。
4.3钢筋绑扎及清缝
绑扎铰缝钢筋时，用撬棍对连接钢筋角度进行调整，尽量使其相对交叉。铰缝钢筋可绑扎到连接钢筋和梁板上口的预埋钢筋上进行定位，增加铰接效果。
4.4自密实微膨胀混凝土拌和
要严格按照设计的配合比进行施工，尤其是膨胀剂和水泥的用量误差不得超过1%。拌制前和拌制过程中，试验人员要随时掌握原材料的含水量，尤其在雨后或集料含水率有明显变化时，应调整水和集料的用量，并及时通知搅拌站操作人员。
4.5自密实微膨胀混凝土浇筑
1）采用两辆专用的混凝土运输车进行运输，以保证施工连续性。
2）运输车在接料前应将车内残留的其它品种的混凝土清洗干净，并将车内积水排尽。
3）运输过程中和使用过程中，严禁向车内混凝土加水。
4）拌制至浇筑间隔不宜超过1h，宜在90min内卸料完毕。当最高气温低于25℃时，运送时间可延长30min。混凝土的初凝时间应根据运输时间和现场情况加以控制，必要时采取半车（约4-5m3）进行输送。
5）卸料前搅拌运输车应高速旋转1min 以上方可卸料。
6）前场和后场要加强联系，确保混凝土施工的连续性。
4.6自密实微膨胀混凝土养护
膨胀混凝土养护的特点是只有充分湿养护才能发挥混凝土的膨胀效能，必须提高养护意识，设立专职养护人员，建立严格的混凝土养护制度。考虑铰缝表面较小，养护压力不大，对于旱桥，取水不方便的施工现场，可以放置不小于0.5m3储水桶2个或调用洒水车，养护中应做到：
1）自密实微膨胀混凝土浇筑后的保温、保湿养护是施工的关键。利用低浇2～3cm进行蓄水养护。也可采取土工布覆盖，并迅速洒水养护，要充分湿润，再在土工布上面覆盖塑料薄膜，并安排值班人员随时补充洒水。养护时间不少于14天，以充分供应膨胀过程中所需要的水分。由于自密实微膨胀混凝土不泌水，容易产生早期塑性收缩裂缝，因此，必须注意早期养护。
2）寒冷天气下施工要保证混凝土入模温度大于5℃，浇筑后立即用塑料薄膜和保温材料进行保温保湿养护。
5结束语
综上所述，铰缝通过增加连接钢筋和采用自密实微膨胀混凝土两种手段，增加成本十分有限。施工过程中只要抓住要点和细节，精心组织，施工质量也较容易保证。但是，提高了铰缝抗剪强度、抗渗性和耐久性，同时也提高了空心板梁桥整体性能，从而减少运营阶段铰缝病害产生的几率。从长远来看，其取得性价比是非常可观的。
参考文献：
《混凝土膨胀剂应用技术规范》GBJ50119-2003
《普通混凝土配合比设计规范》JGJ55-2011
《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005
《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011
关键词：装配式空心板铰缝自密实微膨胀混凝土施工工艺
Discussion hinge joints hollow slab of self-compacting concrete micro expansion construction technology
Zhu Zhongming
Anhui road and harbor engineering company ltd.
Abstract: at present, si hui highway huaibei period hinge joints are promoting micro expansion of self-compacting concrete scientific research achievements. From the Angle of the construction, this paper introduces proportion design, process requirement and construction details. In order to achieve the expected effect of scientific research, improve the hollow plate stress environment, in order to improve the service level of the bridge and use fixed number of year.
Keywords: built-up hollow slab hinge joints of self-compacting concrete micro expansion construction technology
中圖分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：
1背景简介
装配式空心板桥是我国桥梁工程中常规的桥型之一，以其建筑高度低、外形简单、受力明确、便于工厂化预制、标准化施工等优点，受到国内公路桥梁设计、施工的青睐。空心板桥板间以混凝土企口式铰缝连接。铰缝不是主体结构，设计一般不进行专门计算铰缝结构的安全性和耐久性。因此，铰缝没有引起设计人员足够的重视，给桥梁运营阶段留下了隐患。
另外，空心板施工必然经历从预制到安装的过程，使得铰缝混凝土的龄期要比梁体晚1-3个月，甚至更长。若不采取有效措施，铰缝的收缩在所难免，铰缝损坏后，出现单板受力，这已成为影响空心板桥梁结构安全和使用寿命的主要问题之一。
2简要回顾装配式空心板设计优化过程
2.1装配式空心板从开始的图（1）浅铰，逐步演化到图（2）中铰，再演化到图（3）深铰。体现了铰缝越来越被相关专家和设计人员所重视。
（1）浅铰（2）中铰 （3）深铰
2.2空心板预制由传统的气囊内膜，改为钢模板内膜，从而有效解决了气囊上浮导致顶板厚度及钢筋保护层不可控的问题。体现了模板制作水平的提高，施工工艺技术的进步。
3铰缝自密实微膨胀混凝土介绍与配合比设计
3.1工作原理简介
当混凝土膨胀时，钢筋产生拉应力，与此同时该部分混凝土对约束面产生相应的压应力。在钢筋混凝土结构中建立0.2-0.7MPa预压应力，相当于提高了混凝土早期抗拉强度，当混凝土开始收缩时，其抗拉强度足以抵抗收缩产生的拉应力。同时该部分混凝土的膨胀值抵消了收缩值，从而大大减轻混凝土的收缩开裂，达到抗裂、防渗的目的。
3.2自密实微膨胀混凝土配合比设计
3.2.1原材料的质量要求同普通高标号混凝土，这里不再叙述。我标段采用的原材料情况如下。
1）碎石：采用宿州市符离集产，粒径5mm～10mm，和10mm～20mm。掺量比例为：中石子：小石子=30%：70%。
2）砂：明光市中（粗）砂，级配II区。
3）水泥：江苏徐州中联P.O42.5级
4）水：符合饮用水标准。
5）外加剂：襄樊金旭FDN-4高效减水剂，江苏南京微膨胀剂。
3.2.2C40自密实混凝土初步配合比设计
1）配制强度
f cu,o≥f cu,k +1.645×σ=40+1.645×6=49.9MPa
2）水灰比
w/c = αa·fce/（f cu,o+αa·αb·fce）
= 0.46×42.5/（49.9+0.46×0.07×42.5）=0.38
3）确定用水量
设计坍落度220～240mm，集料最大粒径为20mm，根据JGJ55-2011查表坍落度90mm对应的用水量215kg/m3，坍落度每增大20mm用水量增加5Kg，故用水量215+5*7=250 kg/m3。外加剂的减水率为18%，掺量为水泥用量的1.6%，故用水量250*（1-18%*1.6）=178 kg/m3。
4）水泥用量mco = mwo/（w/c）=178/0.38=468 kg
5） 外加剂掺量的计算468 *1.6%=7.49 kg
6）膨胀剂掺量计算468 *11%=51.5 kg
7）水泥用量为468-51.5=416 kg
8）混凝土流动性大，参照JGJ55-2011标准，砂率取45%。
9）计算砂mso和石mgo的用量，采用体积法计算
mco/pc+ mpz/ρpz+mwo/ρw + mso /ρs+mgo/ρg+0.01α=1
βs= mso/（mso + mgo）
其中ρc=3100kg/m3，ρpz＝3000kg/m3，ρw=1000kg/m3，ρs=2610kg/m3，ρg=2700kg/m3。
求得：mso=787kg， mgo=962kg
（10）初步配合比（kg/m3）：
水泥: 砂:石:水:外加剂:膨胀剂 =416:787:962:178:7.49:51.5
3.2.3经试拌，各项工作性能满足要求，确定为基准配合比。在此基础上，水灰比分别增加和减少0.03，用水量不变，砂率分别增加和减少1%，做对比试验。
水灰比
（%） 坍落度
（mm） 7天强度（Mpa） 28天强度（Mpa）
0.35 225 53.1 60.1
0.38 230 48.6 55.2
0.41 240 40.1 52.6
试验结果表明，铰缝补偿收缩混凝土C40高性能混凝土保水性好，无泌水，后期强度较高。
4施工工艺
4.1梁板处理
梁板在浇筑前，将连接钢筋轻微点焊在外侧钢模板上，防止连接钢筋因振捣移动过深，造成寻找困难。在起梁前，应对腹板进行详细的凿毛处理，去除表面砂浆，露出粗骨料。用小型电镐凿毛功效较高，且对梁体损伤较小，凿毛深度控制在5～10mm，凿毛率大于70%。连接钢筋一并凿出，但连接钢筋张开角度不宜过大，防止影响板间缝的封闭施工。
4.2板间缝的封闭
板间缝的封闭可用吊模法，即用铁丝吊紧较为薄软的木板条，使木条紧贴梁板底面，若仍有细小空隙，最好用密封胶等进行填补。然后用膨胀砂浆进行封闭，膨胀砂浆面略高与直线段1cm左右，这样有利于压实、抹平。
1m3砂浆的配合比如下：（单位kg）
水泥：膨脹剂：砂：水：FDN-4=614:537:1336:244:8
在高程较低的一端，插入直径15mm左右的PVC管作为排水口，管口超出抹面5cm以上。这样，前期可以在铰缝蓄积3cm深的水对膨胀砂浆进行养护，养护期满后将超出砂浆面的PVC管去除,排出槽内积水或雨水，以及后来清缝冲洗产生的污水等。
4.3钢筋绑扎及清缝
绑扎铰缝钢筋时，用撬棍对连接钢筋角度进行调整，尽量使其相对交叉。铰缝钢筋可绑扎到连接钢筋和梁板上口的预埋钢筋上进行定位，增加铰接效果。
4.4自密实微膨胀混凝土拌和
要严格按照设计的配合比进行施工，尤其是膨胀剂和水泥的用量误差不得超过1%。拌制前和拌制过程中，试验人员要随时掌握原材料的含水量，尤其在雨后或集料含水率有明显变化时，应调整水和集料的用量，并及时通知搅拌站操作人员。
4.5自密实微膨胀混凝土浇筑
1）采用两辆专用的混凝土运输车进行运输，以保证施工连续性。
2）运输车在接料前应将车内残留的其它品种的混凝土清洗干净，并将车内积水排尽。
3）运输过程中和使用过程中，严禁向车内混凝土加水。
4）拌制至浇筑间隔不宜超过1h，宜在90min内卸料完毕。当最高气温低于25℃时，运送时间可延长30min。混凝土的初凝时间应根据运输时间和现场情况加以控制，必要时采取半车（约4-5m3）进行输送。
5）卸料前搅拌运输车应高速旋转1min 以上方可卸料。
6）前场和后场要加强联系，确保混凝土施工的连续性。
4.6自密实微膨胀混凝土养护
膨胀混凝土养护的特点是只有充分湿养护才能发挥混凝土的膨胀效能，必须提高养护意识，设立专职养护人员，建立严格的混凝土养护制度。考虑铰缝表面较小，养护压力不大，对于旱桥，取水不方便的施工现场，可以放置不小于0.5m3储水桶2个或调用洒水车，养护中应做到：
1）自密实微膨胀混凝土浇筑后的保温、保湿养护是施工的关键。利用低浇2～3cm进行蓄水养护。也可采取土工布覆盖，并迅速洒水养护，要充分湿润，再在土工布上面覆盖塑料薄膜，并安排值班人员随时补充洒水。养护时间不少于14天，以充分供应膨胀过程中所需要的水分。由于自密实微膨胀混凝土不泌水，容易产生早期塑性收缩裂缝，因此，必须注意早期养护。
2）寒冷天气下施工要保证混凝土入模温度大于5℃，浇筑后立即用塑料薄膜和保温材料进行保温保湿养护。
5结束语
综上所述，铰缝通过增加连接钢筋和采用自密实微膨胀混凝土两种手段，增加成本十分有限。施工过程中只要抓住要点和细节，精心组织，施工质量也较容易保证。但是，提高了铰缝抗剪强度、抗渗性和耐久性，同时也提高了空心板梁桥整体性能，从而减少运营阶段铰缝病害产生的几率。从长远来看，其取得性价比是非常可观的。
参考文献：
《混凝土膨胀剂应用技术规范》GBJ50119-2003
《普通混凝土配合比设计规范》JGJ55-2011
《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005
《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011