先张法预应力混凝土板梁早期裂缝成因及防治措施

　　　　　　　　西部探矿工程seriesNo.123

2006年第7期WEST-CHINAEXPLORATIONENGINEERINGJuly.2006

文章编号:1004—5716(2006)07—0253—02中图分类号:TU528　文献标识码:B

先张法预应力混凝土板梁早期裂缝成因及防治措施

肖桂元1,陈学军1,栾凯先1,毛建洪2

(1.桂林工学院,广西桂林541004;2.路桥集团第二公路局六处,陕西西安710059)

摘　要:在工程项目实践中发现预应力混凝土板梁裂缝非常普遍,通过反复比较研究得出其裂缝的成因主要是混凝土本身的原因、温差、施工不当、养护不当等。同时针对上述原因提出处理措施。关键词:预应力;裂缝;成因;防治

　　由于近年来我国高速公路建设的蓬勃兴起,桥梁建设得到了突飞猛进的发展,预应力结构也得到了日益广泛的应用,从20世纪80年代我国开始引进预应力结构,至今已取得了长足的进步。据统计,我国目前的高速公路有70%以上桥梁构造物使用预应力混凝土结构。然而预应力结构构件的裂缝相当普遍,所以预应力结构裂缝成为大家普遍关注的焦点问题。但目前我国对预应力结构裂缝的成因的看法尚不成熟。

在安徽省合肥至徐州高速公路(北段)路基五标项目(以下简称合徐五标)与内蒙古自治区呼和浩特至集宁高速公路路基15标项目(以下简称呼集15标)以及锡林郭勒盟省际通道五标项目

(以下简称锡盟五标)的施工实践中发现先张法预应力梁板结构

度要求较高,我国目前绝大部分高速公路预应力工程中采用高强混凝土[1](目前国际上对高强混凝土的定义不一致,我国交通工程现行标准规定混凝土标号50MPa及以上为高强混凝土[3]),高强混凝土水泥用量大,坍落度大,因而出现的收缩裂缝的概率也加大。所谓沉缩裂缝就是混凝土在自身重力作用下,凝结硬化过程中出现的收缩沉陷下落过程中被钢筋所阻碍而在钢筋位置发生的开裂现象。这种裂缝一般在终凝完成前形成。其防治措施主要是合理布置钢筋,尽量避免使用过多的水泥及合理使用级配良好的骨料[2]。干缩裂缝是指混凝土固化过程中由于游离水的蒸发作用,使内外干缩的速度不同,从而造成表面和内部产生干缩应变,形成干缩应力,最终形成裂缝的现象。此种裂缝主要遍布于各个混凝土表面。在锡盟五标项目工地桥梁采用的全部是预应力梁板,合徐项目工地既有预应力板梁也有非预应力板梁,在呼集15标工地设计的是非预应力,经过观察比较发现预应力梁要比非预应力梁的裂缝少得多。在施工条件相似的内蒙锡盟五标与呼集15标尤其可以证明这一点的可靠性。其防治措施主要是尽量减少用水量,采用减水剂。普通收缩就是由于混凝土本身由于温度降低以及自身固化过程的体积减少。其防治措施主要是设计阶段尽量减少体积,同时降低温差。

2　温度差异引起的温度应力裂缝

(1)裂缝现象:这种裂缝就主要集中在裸露于空气中的部

中裂缝非常普遍。就锡盟五标为例:本标段总长17km,其中中桥4座,312片梁板,板实际长度为1996cm,混凝土标号采用

50

#

,小桥一座,梁的实际长度为1596cm,混凝土标号采用40

#

,

均采用空心板形式,先张法施工工艺。在完成任务210片梁的时候作了一个粗略的统计,0.2mm以下裂缝的梁198片,占总数的

94.3%,而0.2mm以上只有3片,占1.5%,另有9片梁没有明

显的裂缝,占4.2%,由于裂缝宽度大多在0.2mm以下,预应力梁裂缝一般来说不会影响到结构安全及梁板的使用性能,但从施工的角度来考虑,一方面会给人一种不安全的感觉;另一方面裂缝的形成会使结构内部的保护作用减弱,加速混凝土结构内部的炭化速度,从而造成结构的损坏,因此,我们应该尽力避免裂缝的产生及扩展。从施工实践中遇到的问题对预应力梁板裂缝成因进行分析研究并提出防治措施。

1　混凝土本身性质引起的裂缝

(1)裂缝现象:预应力混凝土是由普通高强度水泥混凝土中

分,也就是梁板的表面和四周,形状与收缩裂缝是一样的。气温的急剧变化或大风均会造成混凝土板表面冷缩。此类裂缝主要发生在温差较大的北方,比如,在内蒙古的锡盟五标和呼集15标工地上就比安徽合徐五标项目工地上较为多见。

(2)原因分析及防治:预应力混凝土对温度反应比较敏感,由于北方空气干燥,昼夜温差较大,据统计,内蒙古锡盟地区,夏天白天地表温度高达50℃～70℃,晚上可达到5℃～15℃,温差相当大,因而梁板表面温度产生急剧的变化,梁体上下底板收缩不一致,从而产生很大的温度应力,温度应力在混凝土终凝以前破坏作用相当大,初期强度难以克服如此大的温度应力而产生收缩裂缝。另外,当环境温差不明显时,主要表现为混凝土内部的水化热的积聚致使混凝土内部温度高于外表面温度,从而造成外表面收缩形成裂缝。其防治措施主要有降低水化热,用低水化热的水泥或粉煤灰水泥;晚上注意保温用麻袋或草袋覆盖养护。

配置预应力钢筋和非预应力骨架钢筋组成,其裂缝的形成主要跟混凝土有关。水泥混凝土由水泥、砂、石、水组成的非均质材料,在其凝结至强度形成期间,材料会产生不可避免的收缩,当然

减水剂的加入会减少一些收缩(特别是干缩裂缝收缩),但是不可能完全消除收缩,因此收缩是混凝土的重要特征,混凝土因此会产生收缩裂缝。其收缩裂缝的种类有沉缩裂缝、普通收缩裂缝、干缩应力裂缝等。由于预应力工程在原材料、构件规格、施工工艺等方面都较普通混凝土复杂的具体情况,所以收缩裂缝也非常普遍。

(2)原因分析及防治:在预应力混凝土工程中,对混凝土强

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3　混凝土施工工艺不当引起的裂缝

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张拉端梁及板面上出现裂缝,是由于预应力张拉后,在预应力传递或次应力作用下产生的[5]。而侧向纵缝可能是张拉不均匀造成梁板侧向拱曲,从而在圆拱处产生弯矩而形成纵向裂缝,另一原因是钢筋保护层厚度不够。防治措施主要有,设计时尽量考虑减少预应力的偏心程度,非预应力钢筋能解决问题的尽量少用预应力筋,以降低预压总应力。

6　由于截面尺寸较大引起的裂缝(1)裂缝现象:这种裂缝一般形成于板的中央,作者在工程

(1)裂缝现象:此类裂缝表现形式比较多样,有规则的横缝、

纵缝,也有不规则的龟裂裂缝,即有平行于短边的裂缝,也有平行于长边的裂缝。以锡盟五标为例,夏天中午浇筑预应力混凝土时,偶尔出现浇筑时间过长,就会产生混凝土振捣困难,从而出现裂缝的现象。

(2)原因分析及防治措施:施工中断、拆模过早、由于操作时产生震动或吊装时启动速度过快等都会产生梁板的裂缝[4]。施工过程中由于搅拌不均匀,致使水泥集中的地方产生散射式裂缝;其次由于减水剂的使用,其本身要求浇筑时间缩短,而商品混凝土的运输距离过长,上料速度慢致使浇筑时间相对延长,从而坍落度造成损失,造成振捣困难,甚至造成混凝土强度丢失,从而形成裂缝。此外,由于制梁台座及模板的质量问题,如模板或台座的折角处不平顺,在拆模时会使梁板产生角裂缝,甚至掉角现象。防治措施主要应该严格按照施工规范操作进行。充分搅拌混凝土,把搅拌时间控制在2～5min。缩短运输距离,减少振捣时间,开工前彻底检查台座、模板以防止出现角落裂缝,彻底检查机器性能及电路防止中途出现故障而中断浇筑而造成施工缝及其它缺陷。

4　养护不当形成的裂缝

(1)裂缝现象:这种裂缝大部分为平行于板短边的裂缝即横

实践中仔细观察实验发现,板的截面尺寸大小也与裂缝的形成有关,截面尺寸大的板比较容易形成裂缝,宽板比窄板容易形成裂缝,短板比长板的裂缝就要少得多。比如在内蒙古的呼集老高速公路项目的79cm板比99cm板发生的裂缝就少的多,12m长的板比20m的板的裂缝就要少得多。

(2)原因分析及防治措施:截面较大构件在混凝土的硬化过程中,其体积收缩量相对来说就比截面小的构件要大,从而产生较大的轴向拉应力[1],在结构体系的约束下形成拉应力而凝缩成裂缝。另外结构截面大的构件产生的水化热量相对来说也大,从而产生较大的温度应力裂缝。防治措施主要是设计时尽量减少预应力结构的截面积。

7　材料本身质量缺陷产生的裂缝

(1)裂缝现象:这种裂缝主要集中在有泥块的地方,或者是

向的裂缝,也有不规则的龟裂裂缝。主要集中在梁的外表面,表现为干缩裂缝较多见。在锡盟五标项目作者做了几个实验,分别采用塑料薄膜与麻袋片覆盖养护分析;

(2)原因分析及防治措施:许多施工单位不注意梁板的养护,没有及时浇水养生。因此也不注重梁板预制后的梁体覆盖保护,避免梁体表面水分的丢失,避免表面产生大的温差。不覆盖任何东西会使养生得不到实际效果,一方面,预应力混凝土养护需水量大,梁板在空气中不能保湿,也就不能使梁板很好的发生水化作用,提高强度。另一方面,裸露在空气中的梁板白天会达到很高的表面温度,晚上就急剧下降,从而产生裂缝。但是也不能覆盖太严密,覆盖太严会造成混凝土大量的水化热无法散发出去从而形成温度应力裂缝。在内蒙古锡林浩特盟省际通道五标项目做了一个实验发现,用塑料薄膜覆盖养生会产生这类病害,因为塑料薄膜覆盖以后封闭较严实,水化热散发不出,而且白天阳光可以透进去增加了温度,致使梁体温度过高,产生的裂缝大于0.2mm以上。其防治措施主要是混凝土要及时养护,初凝形成后就要开始养生。其次要及时拆模让混凝土充分散热及养生。在北方地区使用塑料薄膜覆盖要慎重,一般建议使用麻袋或草袋等覆盖,既让其充分散热又使其在夜间散热不致太快而形成急剧温差从而形成裂缝。

5　由于预应力张拉工艺不当引起的裂缝

(1)裂缝现象:首先在张拉端产生垂直裂缝;在支点和四分

沿着粗骨料周边的地方,裂缝形式以龟裂和沉缩裂缝为主;

(2)裂缝原因及防治措施:预应力混凝土对原材料要求特别高,粗骨料石子要求级配良好[2],如果级配不良会造成沉缩裂缝。细骨料砂子要求使用中砂以上砂粒,而且含泥量有严格的规定。无论粗骨料和细骨料都必须严格控制针片状颗粒的含量[3]。如果细骨料含有泥,搅拌后就不能拌和均匀,而在泥块集中的部位发生龟裂;而粗骨料的针片状骨料的含量大或者级配不好,就很容易在粗骨料周围产生沉缩裂缝。此外如果水泥的质量不合格或者水泥保管不善发生变质就很容易在水泥结块的地方发生龟裂裂缝。防治措施就是要严格按照施工检验评定标准,严格控制原材料质量,定时进行质量检验,一个月以上的水泥需进行检验[3];对含泥量大的砂要筛洗以后才能使用,杜绝使用细砂;严格控制针片状颗粒的含量,使用级配良好的骨料;使用未被污染的水[2]。如在内蒙锡盟五标项目梁板预制过程中经过筛洗的砂子比没经过筛洗的砂子更容易形成裂缝。

尽管消除预应力混凝土的裂缝不是一件容易的事情,但不管怎样,我们应尽力消除很多人为因素带来的负面影响。我们要在工作过程中进行仔细观察和实验并在进行分析总结裂缝产生原因的基础上采取有针对性的事前控制事后处理等有效措施,使裂缝减少到令人满意的程度,提高实际工程质量。

参考文献:

[1]　预应力混凝土技术与施工工艺[M].中国建材出版社,2003,4.[2]　王华生,赵慧如.混凝土技术禁忌手册[M].机械工业出版社,2002.[3]　公路桥涵施工技术规范[S].人民交通出版社.

[4]　邬晓光,俞向东.桥梁施工技术[M].西北工业大学出版社.

[5]　阚新华,李慧.预应力混凝土结构裂缝分析及防治措施[J].建筑技

点附近与梁轴线成25°～50°角产生斜向裂缝,并逐渐向受压区发展和延伸,甚至逐渐地向跨中范围内扩展;以及圆拱处产生纵向裂缝或侧向纵缝;另外预应力过大时,会有横向裂缝发生在跨中顶面。

(2)原因分析及防治措施:在梁端非预应力区内出现的抗剪裂缝,是由锚固区局部受压过大,在该区及边缘产生剪拉应力。

术,2003,12.