先张法预应力混凝土板梁早期裂缝成因及防治措施

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  【摘 要】在工程项目实践中,预应力混凝土桥梁出现裂缝的现象较为常见,通过大量的分析,比较,研究,发现产生裂缝的主要原因是由于混凝土本身如施工不当、养护不当、温差等造成的。本文对先张法预应力混凝土桥梁早期裂缝的形成原因进行简单分析,探讨了相对应的防治措施。
  【关键词】先张法预应力混凝土 桥梁裂缝裂缝原因 裂缝防治 混凝土
  中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号:
  一.引言
  随着我国改革开发的不断深入,城市建设的步伐也越来越快,高速公路建设开展的如火如荼。由于我国地形条件复杂,在高速公路中,桥梁起到承接、抬高的作用,桥梁的建设也随着高速公路的发展而突飞猛进。从我国20世纪80年代开始引进预应力结构开始,预应力结构在桥梁施工中得到广泛应用。据数据统计,在我国目前的高速公路中,约有70%以上的桥梁中都使用了预应力混凝土。在预应力混凝土施工后,桥梁容易出现早期裂缝,此类裂缝现象是较为常见的问题。
  二.先张法预应力混凝土桥梁早期裂缝形成原因。
  1.混凝土本身引起的裂缝。
  (1)形成原因。
  预应力混凝土是通过在普通高强度水泥混凝土中配置预应力钢筋或者是配置非预应力骨架钢筋组合而成的,在先张法预应力混凝土桥梁早期裂缝中,产生裂缝的主要原因同混凝土直接相关。预应力混凝土通常是由水泥、石、砂、水等组合而成,其为非均质材料,在混凝土凝结成为强度形成的期间,难免會产生材料的收缩,同时又不能完全的消除收缩。收缩成为混凝土的重要特性。由于混凝土出现收缩,形成普通收缩裂缝、沉缩裂缝、干缩应力裂缝等不同形式的收缩裂缝。在实际工作中,预应力混凝土工程在构建规格、原材料、施工工艺等等较普通混凝土的具体情况较为复杂,因此也比较容易出现收缩裂缝。
  (2)防治措施。
  在预应力混凝土工程中,对水泥混凝土强度的要求比较高,目前在我国绝大部分高速公路的预应力混凝土工程中都是采用高强度的混凝土。预应力工程中对高强度水泥混凝土的水泥用量较大,其坍落度较大,这导致出现收缩裂缝的比率大大提高。沉缩裂缝是由于混凝土的自身重力作用,在混凝土终凝完成前形成钢筋位置开裂的现象。防治收缩裂缝的主要方法是要合理布局钢筋,同时要尽量避免有使用多余的水泥,要合理使用级配良好的骨料。在水泥混凝土的固化过程中,由于游离水的蒸发,导致混凝土内外部的干缩速度也不一样,造成在表面和内部产生干缩应变,形成了干缩应力,导致在混凝土表面形成裂缝。防治干缩裂缝的方法是要严格控制混凝土的用水量,并适当加入减水剂。在预应力混凝土裂缝中,普通的收缩裂缝是由于混凝土本身温度降低,在固化过程中体积减少形成的裂缝,其防治措施为在进行混凝土设计时,要尽量减少体积,同时要制定措施降低混凝土内外部的温差。
  2.混凝土内外温差引起的温度应力裂缝。
  (1)形成原因。
  混凝土温度应力是由于混凝土中水泥在水化过程中需要产生热量,在大体积混凝土内部形成较为集中的热量,同时由于预应力混凝土的截面厚度较大,水化热都聚集在混凝土结构内部,导致混凝土内部温度升高。而在混凝土表面,由于表面散热条件较好,热量散发较快,温度较低。当预应力混凝土内部热量与表面的温度差异较大时,会在混凝土内部形成温度应力作用,形成温度裂缝,影响建筑结构。在预应力混凝土中形成的温度裂缝是由于混凝土温度内高外低,形成了温度的梯度,在混凝土内部产生压应力,其表面产生拉应力,当混凝土的抗拉强度不足以抵抗内部的温度应力时,会在混凝土表面产生裂缝。一旦受到地基或者是其他约束条件时,产生的拉应力超过混凝土强度时,会形成贯通的裂缝。
  预应力混凝土施工技术要求相对于常规混凝土施工技术较高,其主要因素就是因为水泥水化热形成的混凝土温差、混凝土收缩引起的温度应力裂缝。在进行施工控制时,要关注收缩应力指标,通过测量混凝土浇筑体中心和浇筑体表层的温度差,计算里表温差;在散热条件下,计算混凝土内部温度达到温升峰值后,在单位时间内温度下降的数值,计算预应力混凝土的降温速率;严格控制混凝土拌合物浇筑入模时的温度,掌握入模温度;同时要防止影响结构安全和使用功能的有害裂缝。
  (2)防治措施。
  预应力混凝土对温度的反应较为敏感。在我国的北方地区,空气较为干燥,白天夜晚的温差也较大,气温温差较大,导致在预应力混凝土的表面温度发生急剧变化,梁体的上下底板收缩力度不一致,形成较大的温度应力,导致形成收缩裂缝。另外,在环境温差较小时,预应力混凝土的内部水化热导致内部温度升高,当内部温度高于外部时,造成表面收缩,形成裂缝。防止此类裂缝的方法是要采用低水化热的水泥或是粉媒灰水泥,降低水化热。在施工时,要注意做好夜间的混凝土保温工作,可以采取草袋或麻袋覆盖的方式进行保护。
  3.混凝土施工工艺不当引起的裂缝。
  (1)形成原因。
  在先张法预应力混凝土中,存在有规则的纵缝或是横缝、呈不规则状分布的龟裂裂缝、平行于长边的裂缝、平行于短边的裂缝。同时也有在夏天的中午浇筑的预应力混凝土由于浇筑时间过长,导致混凝土振捣困难,形成施工裂缝。施工裂缝是由于拆模过早、施工中段、吊装启动速度快、操作时产生振动等形成的。在混凝土施工过程中,搅拌不均匀会导致在水泥较为集中的地方形成散射式的裂缝。同时由于减水剂使用后,要求浇筑时间适当缩短,而又因为商品混凝土的运输距离和时间较长,混凝土的上料速度较慢,从而导致在浇筑时,时间相对较长,造成坍落度损失。
  (2)防治措施。
  防止此类裂缝的方法就是要严格按照施工规范来进行操作。在混凝土搅拌时,要搅拌充分,要将搅拌时间控制在2分钟到5分钟之内。为了提高混凝土的强度,要适当缩短运输距离,减少混凝土振捣时间,在施工前,要做好台座、模版的检查,避免出现角落裂缝,同时要对使用机器的性能进行检查,避免在使用过程中出现故障,造成浇筑中断。
  4.混凝土后期养护不当。
  (1)形成原因。
  由混凝土后期养护不当造成的裂缝多半是平行于板短边的横向裂缝,部分位置存在不规格的龟裂裂缝。这些裂缝主要集中在梁的外表上,表现的最多的就是收缩裂缝。在工程施工中,许多单位都不注意对梁板的养护,没有进行及时的浇水养生处理。由于缺乏对梁板预制后的梁体覆盖保护,导致梁体表面的水份丢失,在其表面形成较大的温差,最终形成了裂缝。梁体不覆盖,导致养生失去了实际效果,同时由于预应力混凝土在养护中对水的需求较大,梁板要在空气中进行保湿,要发生较好的水化作用,来提高梁板的强度;梁板裸露在空气中,在白天表面形成较高的温度,而在夜晚随着环境温度下降,表面温度急剧下降,形成了裂缝。另外,由于对梁板的覆盖过于严密,稿子混凝土中有大量的水化热无法散发出去,形成了温度应力裂缝。
  (2)防治措施。
  混凝土养护不当造成的裂缝主要防治措施是要及时做好养护工作,在初凝形成后就要开始进行养生处理;工程施工中,要及时拆模,要让混凝土拥有充分的散热和养生。在我国北方地区,通常可以采用草袋或是麻袋进行覆盖,使用塑料薄膜进行覆盖时,要相当慎重,既要保障能充分散热,又要不至于过度散热。
  5.材料缺陷引起的裂缝。
  (1)形成原因。
  材料缺陷形成的裂缝主要集中在粗骨料的周边地方或是有泥块的地方,通常都是沉缩裂缝和龟裂裂缝。在混凝土配比中,因为配合比的不准确、砂石材料的计量误差、加水计量控制不准等情况都可能造成石子多砂浆少。在进行混凝土搅拌时,搅拌不充分,砂、石等粗细骨料为均匀分布,导致混凝土的和易性差。在混凝土浇筑中,由于下料方式不当,导致粗细骨料分离,造成混凝土的离析度高。对浇筑中,下料控制不够,没有进行分段下料,后期振捣不密实、漏振都会造成空隙和蜂窝,严重的形成裂缝。
  预应力混凝土对原材料的要求较高,特别是要求粗骨料选用石子时要选择级配良好的。如果选用了级配不好的粗骨料,会形成沉缩裂缝。选用细骨料时,要使用中砂以上等级的沙砾,同时要严格控制骨料的含泥量。细骨料含有较多的泥时,无法均匀搅拌,导致拌合不均匀,在泥块较为集中的地方,形成裂缝。水泥质量不好,标号不符合设计要求、保管不善、水泥变质等容易造成水泥结块,在结块部位形成龜裂裂缝。
  (2)防治措施。
  防治材料质量缺陷造成的裂缝,主要是要严格控制原材料质量,根据施工检验评定标准,定时对原材料进行质量检验。严格控制原材料使用或输入途径,杜绝未经质量检查就投入使用。对检查超过一个月而未使用的水泥,在进行使用前要进行再次检验;骨料选用了含泥量较大的砂时,要进行晒洗检验合格后才能继续使用;骨料选用要杜绝使用细砂;要选用级配良好的骨料,严格控制针片状颗粒的含量;搅拌过程中禁止使用不明成分的河水,杜绝使用海水和受到污染的水。
  6.先张法预应力张拉工艺不当引起的裂缝。
  (1)形成原因。
  先张法预应力在张拉端容易产生垂直的裂缝、在支点附近或者是四分点附近同梁轴线在25°到50°角内形成斜向的裂缝,沿着受压区向外延伸,向跨中范围内扩展。在圆拱处形成侧向裂缝和纵向裂缝;预应力过大时,在跨中顶面位置发生横向裂缝。由于锚固区内局部受压过大,在边缘产生剪拉应力,在梁端非预应力区内形成抗剪裂缝;预应力在张拉后,通过预应力的传递和次应力共同作用下,产生张拉端梁和板面上的裂缝;张拉不均匀造成梁板侧向拱曲,形成侧向裂缝,在圆拱处由于弯矩形成纵向裂缝;钢筋保护层的厚度不够导致表面形成裂缝。
  (2)防治措施。
  防治此类裂缝的主要措施是在张拉设计时要尽量考虑减少预应力的偏心度,能采用非预应力钢筋的要尽量少选用预应力筋,通过这种方式来降低预压总应力。
  7.截面尺寸过大引起的裂缝。
  (1)形成原因。
  截面较大的构件在混凝土硬化过程中,混凝土体积的收缩量要比截面小的构件大,形成了较大的轴向拉应力,由于结构体系的约束,形成拉应力,导致在截面尺寸较大的板的中央位置,形成裂缝。在结构截面较大的构件中,产生的水化热量较大,形成了较大的温度应力裂缝。一般来讲,截面尺寸加大的板比较容易出现裂缝,而宽板相对窄板来说比较容易出现裂缝,长板比短板容易出现裂缝。
  (2)防治措施。
  防治此类裂缝的主要方法就是在设计时尽量减少预应力结构的截面积,通过这种方式来减少截面形成裂缝的可能性。
  三.结束语。
  先张法预应力混凝土板梁在早期形成的裂缝,有较多的因素,消除裂缝也并非易事。在施工过程中,要仔细观测,通过实验进行检验,对问题进行针对性的分析,总结裂缝产生的原因,设置有针对性的改善措施,做好事前事中事后的处理和控制措施,减低裂缝发生概率和程度,进一步提高工程施工质量。
  参考文献
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