張瑞霞

（中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司 天津 300131）

1 堿骨料反應(yīng)概述

堿骨料反應(yīng)（簡(jiǎn)稱AAR）是指混凝土原料中的堿性物質(zhì)與活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生吸水膨脹物質(zhì)引起混凝土產(chǎn)生內(nèi)部自膨脹應(yīng)力而開(kāi)裂的現(xiàn)象?；炷凉こ贪l(fā)生堿骨料反應(yīng)需要具有3個(gè)條件：①混凝土的原材料如水泥、粗細(xì)骨料、外加劑和水中含堿量高；②粗細(xì)骨料中有相當(dāng)數(shù)量的活性成分；③潮濕環(huán)境，有充分的水分或濕空氣供應(yīng)。

在對(duì)梁場(chǎng)預(yù)制箱梁進(jìn)行材料檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)骨料的堿活性成分含量偏高，部分結(jié)果接近《鐵路混凝土耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10005-2010）規(guī)定的限值（快速砂漿棒膨脹率接近0.2%），為保證混凝土質(zhì)量，防范混凝土存在潛在的堿骨料反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，在同條件養(yǎng)護(hù)試件上鉆取芯樣，并進(jìn)行了殘余膨脹率檢測(cè)，根據(jù)測(cè)得的殘余膨脹率用有限元數(shù)值計(jì)算方法分析了其對(duì)箱梁受力的影響[1]。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

2.1 殘余膨脹測(cè)試方法

在不同時(shí)間澆筑同條件養(yǎng)護(hù)試件上鉆取芯樣3組（每組芯樣3個(gè)，芯樣直徑50mm，芯樣長(zhǎng)度30cm）。將φ50mm混凝土芯樣切割并安裝測(cè)頭后，在80℃水中養(yǎng)護(hù)至35d，測(cè)試不同齡期試件的長(zhǎng)度和重量，測(cè)試芯樣殘余膨脹和吸水率。

2.2 殘余膨脹測(cè)試結(jié)果

3組芯樣（編號(hào)1～3#）測(cè)試結(jié)果如圖1～2所示。

圖1 芯樣殘余膨脹率

圖2 芯樣吸水率

由圖1可知，當(dāng)芯樣在80℃水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，混凝土芯樣的膨脹率逐漸增加，35d膨脹率為0.017～0.03%，平均膨脹率為0.023%。

由圖2可知，當(dāng)芯樣在80℃水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，混凝土芯樣的吸水率逐漸增加，35d吸水率為0.85～1.06%，平均吸水率0.94%。若以常溫水中養(yǎng)護(hù)24h的試件為基準(zhǔn)，35d吸水率分別增加0.27%、0.30%、0.28%，吸水率平均增加0.28%。

從芯樣殘余膨脹測(cè)試結(jié)果來(lái)看，芯樣在高溫環(huán)境下的膨脹率值較低，芯樣呈現(xiàn)低膨脹性。

3 模型計(jì)算

3.1 箱梁有限元模型建立

箱梁的施工過(guò)程包括混凝土澆筑、養(yǎng)生、預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉、架設(shè)、軌道底座板等二期恒載部分的施工，期間影響混凝土應(yīng)力狀態(tài)和位移狀態(tài)的因素還有混凝土的收縮徐變以及強(qiáng)度和剛度發(fā)展過(guò)程。運(yùn)營(yíng)期影響混凝土應(yīng)力狀態(tài)和位移狀態(tài)的因素主要是列車活載、混凝土徐變和溫度變化等。其中的溫度作用分為均勻溫差和日照溫差。均勻溫差在簡(jiǎn)支梁中只會(huì)使箱梁產(chǎn)生體積的增大或減小，這種變形因?yàn)闆](méi)有約束而不會(huì)產(chǎn)生箱梁應(yīng)力的變化；日照溫度梯度是非線性的，豎向溫度變化會(huì)使箱梁的頂板受拉底板受壓[2]。

在此僅考慮箱梁在自重、預(yù)應(yīng)力張拉、混凝土收縮徐變、橋面二期恒載和列車荷載的作用，而不考慮其它因素與堿骨料反應(yīng)的疊加作用。除堿骨料反應(yīng)模擬計(jì)算采用實(shí)體單元外，其他荷載的計(jì)算均采用梁?jiǎn)卧Ｐ停▎卧獢?shù)量59400，節(jié)點(diǎn)數(shù)量78603）。

3.2 堿骨料反應(yīng)加載模式

在高鐵箱梁中，如發(fā)生堿骨料反應(yīng)，應(yīng)有如下特點(diǎn)：

（1）僅是混凝土體積的膨脹，所以線膨脹沒(méi)有方向性。

（2）堿骨料反應(yīng)需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，一般是幾年時(shí)間，例如國(guó)內(nèi)某大型城市立交橋產(chǎn)生被確認(rèn)的堿骨料反應(yīng)是通車后5年。

（3）必須是后期滲入的水才使堿骨料反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)膨脹，C50混凝土密實(shí)度較大，水的滲入很緩慢，并且深度較小。

如果發(fā)生堿骨料反應(yīng)，也應(yīng)是在箱梁截面的表面，除了箱梁頂板上表面有防水鋪裝層和底座板等橋面設(shè)施而不可能有水滲入外，箱梁腹板的內(nèi)外表面、底板的上下表面都可能有水的滲入，其中對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響最大的是底板上下表面的位置有水份滲入。

因?yàn)闈撛诘幕炷翂A骨料反應(yīng)是混凝土體積的膨脹，所以可將其等效成箱梁局部溫度的升高。這里假設(shè)箱梁底板上下表面分別發(fā)生堿骨料反應(yīng)，反應(yīng)深度為100mm。

根據(jù)同條件養(yǎng)護(hù)試件取芯檢測(cè)結(jié)果，在正常養(yǎng)護(hù)條件下最大殘余膨脹率取為0.03%。據(jù)此認(rèn)為混凝土堿骨料反應(yīng)的膨脹率為0.03%。因?yàn)?/p>

3.3 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算中考慮了施工過(guò)程、預(yù)應(yīng)力損失的影響、混凝土收縮徐變的影響、二期恒載以及雙線列車荷載的作用。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 計(jì)算結(jié)果匯總

由于箱梁頂板設(shè)有防水層，所以不考慮頂板產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)。日照溫度梯度在梁底板產(chǎn)生壓應(yīng)力，通過(guò)計(jì)算可知底板上下表面發(fā)生堿骨料反應(yīng)會(huì)在梁底板產(chǎn)生拉應(yīng)力，所以不考慮日照溫度梯度的計(jì)算與組合。計(jì)算用荷載組合如下：

荷載組合1：恒載（自重+二期恒載+預(yù)應(yīng)力+5年徐變）+列車荷載+底板上表面堿骨料反應(yīng)；

荷載組合2：恒載（自重+二期恒載+預(yù)應(yīng)力+5年徐變）+列車荷載+底板下表面堿骨料反應(yīng)；

堿骨料反應(yīng)深度100mm的情況下，未考慮鋼筋約束的有利作用，此時(shí)底板上表面堿骨料反應(yīng)使梁體下?lián)?.2mm；底板下表面堿骨料反應(yīng)使梁體下?lián)?.5mm。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)的最主要一個(gè)條件就是，愈是在潮濕多水的環(huán)境條件下堿骨料反應(yīng)對(duì)工程的損害發(fā)展愈快，往往在同一個(gè)混凝土工程中，混凝土配制材料具有堿骨料反應(yīng)的條件時(shí)，會(huì)在這個(gè)工程潮濕多水的部位首先發(fā)生堿骨料反應(yīng)損害，在其它部位則發(fā)展緩慢。文章建議在潮濕多雨環(huán)境下，混凝土總堿含量接近規(guī)范要求時(shí)應(yīng)當(dāng)在箱梁表面做防水處理。

[1]殷強(qiáng).混凝土堿—骨料反應(yīng)檢測(cè)方法和堿活性的預(yù)防措施[D].成都：西南交通大學(xué)，2006.

[2]王靖，李固華，周俊杰，等.對(duì)混凝土堿活性試驗(yàn)方法的研究[J].建筑科學(xué)，2012（09）：98～100.