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在某高速公路的施工中,出现了20m预应力混凝土梁板竖向裂缝的现象,此事引起了技术人员的高度重视。为此,对预制场预制的全过程进行了调查分析,查阅了有关试验资料,对施工工艺做了详细了解,找出了产生裂缝的原因,提出了改进措施,使预应力混凝土梁板表面裂缝得到了控制,有效的防止了混凝土表面裂缝的再次发生。
1、裂缝的产生
梁板在混凝土浇注完成拆模后,沿连接筋竖向产生长度50~150mm,宽度为0.02~0.08mm的裂缝,凿开混凝土裂缝发现,裂缝深度在0~5mm之间,初步判定为收缩裂缝或温度裂缝,不影响梁板的正常使用。但考虑预应力钢绞线放张后,有使混凝土暴露于易损伤环境的表面增加,这使混凝土早期老化,裂缝的产生使混凝土渗水性增大,严重降低混凝土的强度,从而影响其耐久性,并缩短其使用寿命。
2、原因分析
2.1、原材料因素
1)水泥采用P.042.5R,经检验符合规范要求。水泥用量为500kg/m3。高强度混凝土由于其水泥用量大多为450~600kg/m3,是普通混凝土的1.5~2倍。这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即自缩就大于普通混凝土,出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。2)碎石采用金堂碎石,级配符合规范要求,压碎值8.3%<12%(规范指标),含泥量0.7%不符合规范要求。3)砂采用金堂中砂,含泥量4.2%>3%,不符合规范要求,细度模数Mx=2.7,级配符合规范要求。4)水采用井水,属饮用水。5)减水剂为湛江生产的FDN-5,符合规范要求。6)碎石和砂含泥量超标,对混凝土表面裂缝有一定影响,水泥用量过大,达到了规范要求的最高限,这是混凝土表面产生裂缝的主要因素。
2.2、设备因素
经检查,张拉设备符合要求,台座地基满足要求,没有发现台座变形、位移、下沉现象。
2.3、施工工艺因素
1)混凝土的拌制。拌合设备是500型强制式搅拌机。拌合时间为1min左右,时间过短,从而影响混凝土的均匀性,取其坍落度为3.5cm,判定水灰比超过了设计用量,水灰比过大,混凝土干缩量加大,产生干缩裂缝。
2)混凝土浇注。工地采用插入式振动器振密,振捣过程中出现过振现象,致使混凝土表面粗细集料离析,靠近模板的混凝土表面细集料集中。。
3)混凝土养生。现场操作往往是等混凝土脱模后才开始养生,梁板顶面裸露在大气中,夏季最高气温达350C,加快了水分的蒸发,致使表面干缩裂缝。
2.4、混凝土内箍筋的影响因素
由于钢筋和混凝土膨胀率的差异,钢材的膨胀率大于混凝土的膨胀率,混凝土表面的拉應力小于钢筋膨胀所产生的应力,从而使混凝土表面拉裂。
2.5、混凝土自身应力形成的裂缝
1)收缩裂缝。混凝土的干燥过程是由表面逐步扩展到内部的,在混凝土内呈现含水梯度,因此产生表面收缩大,内部收缩小的不均匀收缩,致使表面混凝土承受拉力,内部混凝土承受压力。当表层混凝土所产生的拉力超过其抗拉强度时。便产生收缩裂缝。
2)温度裂缝。初步推断该合同段梁板竖向裂缝是由于水化热过大引起的温度裂缝。由于水化热作用,混凝土内部与外表面温差过大,这时内部混凝土受压应力,表面混凝土受拉应力。由于混凝土抗压强度远大于抗拉强度,表面拉应力可能先达到并超过混凝土抗拉强度,而产生间距大致相等的直线裂缝(称温差裂缝),该结构裂缝形态正是如此。
3、预防措施
3.1、严把原材料质量关
进场材料必须经严格检验后方能使用,对高标号混凝土使用高标号水泥,减少水泥用量,水泥初凝时间必须大于45min。细集料使用级配良好的中砂,细度模数Mx应大于2.6,含泥量小玉2%。粗骨料使用质地坚硬、级配良好的碎石,含泥量小于1%,针片状颗粒含量应小于5%。严格控制水灰比,保证水的用量控制在标准之内。
3.2、混凝土拌合
混凝土拌合时间控制在2min,不能过短,也不能过长。搅拌时间短混合料不均匀,时间过长,会破坏材料的结构。保证混凝土的均匀性,严格控制加水量,经常检查混凝土的坍落度,以保证混凝土具有良好的和易性。
3.3、混凝土的浇注
混凝土浇注应选择一天中温度较低的时候进行,采用插入式振捣器振捣时,移动间距不应超过振捣器作用半径的1.5倍,对每一振捣部位必须振动到混凝土停止下沉,不再冒出气泡,表面呈现平坦、泛浆,边振动边徐徐提升振动棒,避免过振,造成混凝土离析。
3.4、混凝土养护
混凝土浇注收浆完成后,尽快草帘覆盖和洒水养护,使混凝土表面始终保持在湿润状态,不允许混凝土在高温下裸露暴晒。由于水泥在水化过程中产生很大的热量,混凝土浇注完成后必须在侧模外喷水散热,以免混凝土由于温度过高,体积膨胀过大,在冷却后体积收缩过大产生裂缝,养护时间不少于14d。
3.5、芯模
充气胶囊在使用前应经过检查,不得漏气,有些梁板混凝土顶面裂缝就是由于混凝土在未达到2.5MPa时,芯模漏气,致使顶面混凝土开裂。因此,预制之前检查芯模是否完好格外重要。
1、裂缝的产生
梁板在混凝土浇注完成拆模后,沿连接筋竖向产生长度50~150mm,宽度为0.02~0.08mm的裂缝,凿开混凝土裂缝发现,裂缝深度在0~5mm之间,初步判定为收缩裂缝或温度裂缝,不影响梁板的正常使用。但考虑预应力钢绞线放张后,有使混凝土暴露于易损伤环境的表面增加,这使混凝土早期老化,裂缝的产生使混凝土渗水性增大,严重降低混凝土的强度,从而影响其耐久性,并缩短其使用寿命。
2、原因分析
2.1、原材料因素
1)水泥采用P.042.5R,经检验符合规范要求。水泥用量为500kg/m3。高强度混凝土由于其水泥用量大多为450~600kg/m3,是普通混凝土的1.5~2倍。这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即自缩就大于普通混凝土,出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。2)碎石采用金堂碎石,级配符合规范要求,压碎值8.3%<12%(规范指标),含泥量0.7%不符合规范要求。3)砂采用金堂中砂,含泥量4.2%>3%,不符合规范要求,细度模数Mx=2.7,级配符合规范要求。4)水采用井水,属饮用水。5)减水剂为湛江生产的FDN-5,符合规范要求。6)碎石和砂含泥量超标,对混凝土表面裂缝有一定影响,水泥用量过大,达到了规范要求的最高限,这是混凝土表面产生裂缝的主要因素。
2.2、设备因素
经检查,张拉设备符合要求,台座地基满足要求,没有发现台座变形、位移、下沉现象。
2.3、施工工艺因素
1)混凝土的拌制。拌合设备是500型强制式搅拌机。拌合时间为1min左右,时间过短,从而影响混凝土的均匀性,取其坍落度为3.5cm,判定水灰比超过了设计用量,水灰比过大,混凝土干缩量加大,产生干缩裂缝。
2)混凝土浇注。工地采用插入式振动器振密,振捣过程中出现过振现象,致使混凝土表面粗细集料离析,靠近模板的混凝土表面细集料集中。。
3)混凝土养生。现场操作往往是等混凝土脱模后才开始养生,梁板顶面裸露在大气中,夏季最高气温达350C,加快了水分的蒸发,致使表面干缩裂缝。
2.4、混凝土内箍筋的影响因素
由于钢筋和混凝土膨胀率的差异,钢材的膨胀率大于混凝土的膨胀率,混凝土表面的拉應力小于钢筋膨胀所产生的应力,从而使混凝土表面拉裂。
2.5、混凝土自身应力形成的裂缝
1)收缩裂缝。混凝土的干燥过程是由表面逐步扩展到内部的,在混凝土内呈现含水梯度,因此产生表面收缩大,内部收缩小的不均匀收缩,致使表面混凝土承受拉力,内部混凝土承受压力。当表层混凝土所产生的拉力超过其抗拉强度时。便产生收缩裂缝。
2)温度裂缝。初步推断该合同段梁板竖向裂缝是由于水化热过大引起的温度裂缝。由于水化热作用,混凝土内部与外表面温差过大,这时内部混凝土受压应力,表面混凝土受拉应力。由于混凝土抗压强度远大于抗拉强度,表面拉应力可能先达到并超过混凝土抗拉强度,而产生间距大致相等的直线裂缝(称温差裂缝),该结构裂缝形态正是如此。
3、预防措施
3.1、严把原材料质量关
进场材料必须经严格检验后方能使用,对高标号混凝土使用高标号水泥,减少水泥用量,水泥初凝时间必须大于45min。细集料使用级配良好的中砂,细度模数Mx应大于2.6,含泥量小玉2%。粗骨料使用质地坚硬、级配良好的碎石,含泥量小于1%,针片状颗粒含量应小于5%。严格控制水灰比,保证水的用量控制在标准之内。
3.2、混凝土拌合
混凝土拌合时间控制在2min,不能过短,也不能过长。搅拌时间短混合料不均匀,时间过长,会破坏材料的结构。保证混凝土的均匀性,严格控制加水量,经常检查混凝土的坍落度,以保证混凝土具有良好的和易性。
3.3、混凝土的浇注
混凝土浇注应选择一天中温度较低的时候进行,采用插入式振捣器振捣时,移动间距不应超过振捣器作用半径的1.5倍,对每一振捣部位必须振动到混凝土停止下沉,不再冒出气泡,表面呈现平坦、泛浆,边振动边徐徐提升振动棒,避免过振,造成混凝土离析。
3.4、混凝土养护
混凝土浇注收浆完成后,尽快草帘覆盖和洒水养护,使混凝土表面始终保持在湿润状态,不允许混凝土在高温下裸露暴晒。由于水泥在水化过程中产生很大的热量,混凝土浇注完成后必须在侧模外喷水散热,以免混凝土由于温度过高,体积膨胀过大,在冷却后体积收缩过大产生裂缝,养护时间不少于14d。
3.5、芯模
充气胶囊在使用前应经过检查,不得漏气,有些梁板混凝土顶面裂缝就是由于混凝土在未达到2.5MPa时,芯模漏气,致使顶面混凝土开裂。因此,预制之前检查芯模是否完好格外重要。