橋梁工程中預(yù)應(yīng)力混凝土裂縫初探

趙占林

摘要：預(yù)應(yīng)力混凝土是在第二次世界大戰(zhàn)后迫切要求恢復(fù)戰(zhàn)爭(zhēng)創(chuàng)傷，從西歐迅速發(fā)展起來(lái)的。我國(guó)近年來(lái)在土木工程投資及建設(shè)規(guī)模方面均居世界前列。在混凝土工程技術(shù)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用方面也取得了巨大進(jìn)步。文章對(duì)橋梁工程中預(yù)應(yīng)力混凝土裂縫進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；預(yù)應(yīng)力混凝土；裂縫分析；防治措施

中圖分類號(hào)：TE345

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-2374(2009)03-0056-02

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的發(fā)展與施工技術(shù)的發(fā)展是密不可分的，施工技術(shù)水平直接影響橋梁的跨徑，線型，截面形式等。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁在初期大多采用滿布支架法施工，其跨度一般在40以內(nèi)，且施工周期長(zhǎng)，施工用料多。60年代預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁引入懸臂施工法以后，預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋得以迅速發(fā)展，其跨越能力達(dá)200以上，適用范圍也不斷擴(kuò)大。懸臂拼裝法將大跨橋梁化整為零，施工簡(jiǎn)便，拼裝工期短，速度快，特別對(duì)于多跨長(zhǎng)聯(lián)橋(跨度在100以內(nèi))是一種效率高而且經(jīng)濟(jì)的施工方法。預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁的施工方法還有頂推法，移動(dòng)模架法，逐孔架設(shè)法等。近年來(lái)由烏克蘭的工程師發(fā)明的新型預(yù)應(yīng)力技術(shù)是介于先張拉法和后張拉法之間的工藝。它是在澆搗混凝土尚未凝固的時(shí)候施加預(yù)應(yīng)力，混凝土在壓力的情況下固結(jié)。施加這種預(yù)應(yīng)力需要用特殊的可滑動(dòng)的模板及能把壓力傳給混凝土的裝置。它可使同樣配筋率情況下梁的承載力提高25％～34％，柱的承載力提高75％，抗裂度不變。該方法已在重達(dá)30噸的橋梁結(jié)構(gòu)中使用。

一、裂縫產(chǎn)生的原因分析

(一)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素

經(jīng)過(guò)我方技術(shù)人員對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的分析，原設(shè)計(jì)圖紙中梁體跨中20m范圍內(nèi)的水平構(gòu)造鋼筋配筋率為3‰，配筋率偏小，且分布間距偏大，梁端配筋率為6‰，混凝土收縮時(shí)所配鋼筋不能完全消除混凝土的干縮變形所引起的內(nèi)部應(yīng)力時(shí)首先從薄弱部位開(kāi)始出現(xiàn)裂縫。

(二)施工原材料

經(jīng)過(guò)對(duì)施工所采用的各種原材料進(jìn)行重新檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)存在以下不利因素：

1．水泥采用三峽牌p.042.5水泥，經(jīng)檢驗(yàn)符合規(guī)范要求。水泥用量為476kg/m³，水泥用量偏大?；炷猎谟不^(guò)程中，水泥水化放熱，水泥用量大，水化熱熱量大，從而使混凝土的溫度收縮應(yīng)力增大。

2．碎石有石灰?guī)r碎石和河卵石碎石兩種，發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r碎石中的灰粉含量較大。灰粉在混凝土硬化凝結(jié)時(shí)吸收水分，引起混凝土凝縮。

3．?dāng)嚢栌盟疄闁|河河水，砂為開(kāi)縣樂(lè)園產(chǎn)中粗砂；減水劑為重慶久鑫混凝土外加劑廠生產(chǎn)jx-nno型高效減水劑，以上材料經(jīng)檢驗(yàn)均合格。

水泥用量偏大和碎石中灰粉含量超標(biāo)是形成裂縫的原因之一。

(三)混凝土自身應(yīng)力形成的裂縫

混凝土收縮分為凝縮和干縮?；炷恋母稍镞^(guò)程是從表面逐步擴(kuò)展到內(nèi)部的，在混凝土內(nèi)呈含水梯度。因此產(chǎn)生表面收縮大，內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，致使表面混凝土承受拉力，內(nèi)部承受壓力。當(dāng)表面混凝土所受的拉力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。

(四)模板及制梁臺(tái)座

制梁臺(tái)座由c25級(jí)混凝土澆注而成，經(jīng)過(guò)幾次使用之后，局部表面已非常不光滑，模擦系數(shù)增大，摩阻力也相應(yīng)增大，當(dāng)摩阻力超過(guò)混凝土本身承受的拉力時(shí)，這個(gè)應(yīng)力集中點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

(五)施工工藝

1．混凝土的拌制：攪拌設(shè)備為500型強(qiáng)制式攪拌機(jī)，拌和時(shí)間為每盤(pán)料大約3分鐘，拌和時(shí)間適中，坍落度為9-13cm，拌和過(guò)程中有不均勻現(xiàn)象。存在水灰比過(guò)大的問(wèn)題，水灰比過(guò)大，混凝土干縮景增大，易產(chǎn)生干縮裂縫。

2．混凝土澆注：澆注過(guò)程中采用插入式振搗器為主，附著式震動(dòng)器為輔(主要在梁端10米處使用)。澆注過(guò)程出現(xiàn)過(guò)震現(xiàn)象，致使混凝土表面粗細(xì)骨料離析，靠近模板表面的混凝土細(xì)骨料集中。

3．混凝土養(yǎng)生：由于當(dāng)時(shí)白天氣溫大多超過(guò)30℃，最高氣溫達(dá)到35℃，梁體側(cè)面不易吸附水分，氣溫過(guò)高加快了梁體水分的蒸發(fā)，致使表面產(chǎn)生干縮裂縫。

由以上分析可知：水平構(gòu)造鋼筋、施工原材料、混凝土自身應(yīng)力、模板及制梁臺(tái)座及施工工藝的缺陷都是混凝土收縮裂縫的形成原因。各種不利因素的疊加致使梁體產(chǎn)生收縮裂縫。

二、裂縫的防治措施

(一)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)構(gòu)造鋼筋必須滿足規(guī)范要求的最小配筋率，所使用的構(gòu)造鋼筋盡量采用小截面，小間距分布的形式。以避免混凝土局部收縮所引起的應(yīng)力集中。

(二)原材料方面

混凝土在硬化過(guò)程中，水泥水化放熱，從而使混凝土的溫度收縮應(yīng)力增大。所以，應(yīng)在不影響強(qiáng)度和施工進(jìn)度的情況下盡量采用低水化熱水泥。水泥用量方面在不影響混凝土強(qiáng)度的前提下可減少15％的水泥用最，同時(shí)增加粗骨料，以補(bǔ)充減少水泥的體積。

根據(jù)個(gè)混凝土強(qiáng)度級(jí)別不同，規(guī)范對(duì)砂、碎石、施工用水的含泥量、碎石中的灰粉量的要求都有所不同?？傊?，所有材料都應(yīng)嚴(yán)格控制在規(guī)范要求以內(nèi)。

(三)混凝土配合比設(shè)計(jì)方面

在配制混凝土施工配合比過(guò)程中，在滿足混凝土強(qiáng)度的前提下，減小水泥用量。滿足施工要求的情況下采用最小水灰比。

(四)混凝土施工過(guò)程控制

1．混凝土的拌制：每盤(pán)混凝土的拌和時(shí)間應(yīng)控制在2～3分鐘左右，攪拌時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)也不能過(guò)短，過(guò)短攪拌不均勻，過(guò)長(zhǎng)會(huì)破壞材料結(jié)構(gòu)；混凝土澆注過(guò)程中多做幾次坍落度實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格控制施工水灰比。

2．混凝土澆注：澆注過(guò)程中采用插入式振搗器為主，附著式震動(dòng)器為輔(主要在梁端10米處使用)。附著式震動(dòng)器應(yīng)采用間歇式震動(dòng)，每次開(kāi)啟的時(shí)間大約為30秒左右，以避免澆注過(guò)程出現(xiàn)過(guò)震現(xiàn)象，以使混凝土產(chǎn)生離析。插入式振搗器的振搗間距應(yīng)不大于插入式振搗器的振搗半徑1.5倍，以避免澆注過(guò)程出現(xiàn)漏震現(xiàn)象。

3．混凝土養(yǎng)生：當(dāng)施工氣溫大超過(guò)30℃，梁體水分的蒸發(fā)非?？欤伊后w側(cè)面不易吸附水分，如果梁體表面的水分被蒸發(fā)，梁體表面的混凝土要進(jìn)行水泥的水化和硬化反應(yīng)，就會(huì)吸取梁體內(nèi)部的水分，從而加快混凝土的干縮。要使梁體有足夠的水分進(jìn)行水泥的水化和硬化反應(yīng)，就必須即時(shí)對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行灑水養(yǎng)生。規(guī)范要求灑水養(yǎng)生的間隔時(shí)間最小為2小時(shí)，必要時(shí)可減為1.5小時(shí)一次。

夏季施工時(shí)。若混凝土在澆注完畢，拆模以前氣溫超過(guò)30℃時(shí)，在澆注完畢12小時(shí)后可在模板外層進(jìn)行灑水降溫。以避免由于內(nèi)部溫度過(guò)高，體積膨脹過(guò)大，在冷卻后體積收縮過(guò)大而產(chǎn)生收縮裂縫。養(yǎng)生時(shí)間要保持到施加預(yù)應(yīng)力之后。

三、結(jié)語(yǔ)

為適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，緩解交通問(wèn)題給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)的不便，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍將更加廣闊，因此我們應(yīng)加強(qiáng)提高預(yù)應(yīng)力技術(shù)水平的科研工作。和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我們預(yù)應(yīng)力混凝土工程的研究相對(duì)落后。憑借我們已有的強(qiáng)大隊(duì)伍，和一些單位在預(yù)應(yīng)力技術(shù)推廣應(yīng)用中的創(chuàng)收實(shí)力完全可以承擔(dān)和完成這項(xiàng)重要的科研任務(wù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)和施工的分離也是影響我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)迅速發(fā)展的因素之一。因此有必要成立大型強(qiáng)而有力的預(yù)應(yīng)力混凝土工程公司，承擔(dān)重大預(yù)應(yīng)力混凝土工程，并擔(dān)負(fù)新技術(shù)開(kāi)發(fā)研究，并做好與設(shè)計(jì)和施工之間的聯(lián)系，以提高我國(guó)的預(yù)應(yīng)力技術(shù)水平。