預(yù)應(yīng)力箱梁裂紋成因分析及預(yù)防措施

黃合

摘 要：文章主要針對(duì)客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力箱梁生產(chǎn)過程中混凝土裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行總結(jié)分析，并結(jié)合混凝土原材料控制、施工過程控制、現(xiàn)場(chǎng)管理及工序銜接等方面提出了一系列預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力箱梁；混凝土裂紋；成因分析；預(yù)防措施

前言

近些年來，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工過程中各類混凝土裂紋問題已成為質(zhì)量通病，這不僅對(duì)箱梁外形外觀產(chǎn)生了影響，同時(shí)更重要的是對(duì)箱梁的使用功能和耐久性產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)對(duì)箱梁的安全性構(gòu)成威脅，甚至于完全喪失其使用功能，因此，探討預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土裂紋的產(chǎn)生原因和預(yù)防措施是非常有必要的。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂紋成因分析

1.1 塑性收縮裂紋及干縮裂紋

澆筑混凝土在初凝過程中，由于水化反應(yīng)激烈，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)現(xiàn)象，引起失水收縮，同時(shí)骨料因自重下沉，此時(shí)骨料與膠合料之間也產(chǎn)生不均勻的沉縮變形，都在混凝土終凝前發(fā)生，稱為塑性收縮。產(chǎn)生塑性收縮的主要原因?yàn)椋夯炷猎诮K凝前幾乎沒有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小，或者混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí)，受高溫或較大風(fēng)力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土急劇收縮，而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度又無法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。影響混凝土塑性收縮的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時(shí)間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等。

通常情況下，箱梁混凝土干縮引起的裂紋多出現(xiàn)在箱梁頂板，箱梁混凝土坍落度設(shè)計(jì)通常在160mm～200mm或180mm～220mm之間，為了便于施工，在箱梁頂板施工過程中，頂板混凝土坍落度多數(shù)取上限，此情況下，隨著水泥水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，水分的不斷的消耗及溫度帶來的混凝土表面水分放大蒸發(fā)，就會(huì)導(dǎo)致頂板混凝土干縮裂紋的產(chǎn)生。

1.2 溫度變化引起的裂紋

溫度變化引起的裂紋即溫差裂紋，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土體積的脹縮受約束力作用時(shí)，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生裂紋。箱梁澆筑完成后，在硬化期間放出大量水化熱，箱梁整體溫度在一定時(shí)間內(nèi)上升，但因箱體內(nèi)外散熱快慢不同，內(nèi)部較表層散熱快，造成內(nèi)外溫差，箱梁表面收縮，受內(nèi)部約束產(chǎn)生拉應(yīng)力。在混凝土升溫初期和降溫后期，混凝土的溫度梯度值較小且過渡平緩，在升溫后期和降溫初期溫度梯度值較大，在此階段容易出現(xiàn)溫度裂紋。

1.3 混凝土強(qiáng)度因素引起的裂紋

預(yù)應(yīng)力箱梁拆模過早及混凝土原材料質(zhì)量不過關(guān)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度過低以及達(dá)到預(yù)初張強(qiáng)度不及時(shí)張拉都會(huì)有裂紋的情況的發(fā)生，預(yù)應(yīng)力箱梁拆模過早會(huì)導(dǎo)致混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，使箱梁在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)不到預(yù)期的預(yù)初張強(qiáng)度，此種情況下進(jìn)行強(qiáng)行張拉，在自重和施工荷載作用下，箱梁沒有足夠的抵抗變形能力，因此會(huì)導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。

同樣，當(dāng)箱梁達(dá)到預(yù)初張?jiān)O(shè)計(jì)強(qiáng)度后不及時(shí)張拉，沒有足夠的外界應(yīng)力與荷載去平衡箱梁自身產(chǎn)生的應(yīng)力，影響箱梁上拱度，就會(huì)導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，通常這種裂紋會(huì)出現(xiàn)在受力比較集中的部位，如頂板端頭倒角處及通風(fēng)孔附近等。

1.4 其他因素引起的裂紋

1.4.1 鋼筋銹蝕引起的裂紋

由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層不足，鋼筋中鐵離子與侵入混凝土中的氧氣和水發(fā)生反應(yīng)，其銹蝕物對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土裂紋，甚至開裂。

1.4.2 混凝土分層引起的裂紋

混凝土分層或分層澆筑時(shí)，接頭部位處理不好，容易在新、舊混凝土的施工縫之間出現(xiàn)裂紋。

1.4.3 水化熱過大引起的溫度裂紋

為追求施工進(jìn)度，提高混凝土早期強(qiáng)度，在混凝土配合比中采用早強(qiáng)劑或者盲目增加水泥用量，致使水泥水化熱集中在早期很短時(shí)間內(nèi)，此情況下極易產(chǎn)生裂紋。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁裂紋預(yù)防措施

2.1 塑性收縮裂紋及干縮裂紋的預(yù)防措施

解決箱梁混凝土塑性收縮裂紋及干縮裂紋問題的應(yīng)從以下幾個(gè)方面出發(fā)：（1）嚴(yán)格控制混凝土施工水膠比，試驗(yàn)人員應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)混凝土拌合物性能的監(jiān)控，保證混凝土施工坍落度滿足要求。（2）加強(qiáng)施工管理，嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量，避免混凝土質(zhì)量不滿足要求時(shí)，工人人為的加水現(xiàn)象的發(fā)生，如遇混凝土不滿足生產(chǎn)要求需要退回拌合站調(diào)整的情況，拌合站操作人員及試驗(yàn)人員應(yīng)加強(qiáng)責(zé)任心，可以用同水膠比的砂漿或減水劑配合水進(jìn)行調(diào)整，避免往混凝土中直接加水。（3）混凝土施工完畢應(yīng)做好防風(fēng)吹日曬措施，夏季施工應(yīng)配備遮陽棚，避免澆筑過程中溫度過高引起的水分蒸發(fā)，遇大風(fēng)及雨天應(yīng)做好梁體包裹與遮擋，避免通風(fēng)與雨淋。（4）做好混凝土的養(yǎng)生，混凝土終凝后頂板應(yīng)及時(shí)用土工布進(jìn)行覆蓋，表面及時(shí)曬水養(yǎng)護(hù)，箱梁內(nèi)腹板、底板應(yīng)用循環(huán)水或水槍噴水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、嚴(yán)格按規(guī)范要求做好混凝土的養(yǎng)生，保證拆模后混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少14d。

2.2 溫度變化引起的裂紋的預(yù)防措施

（1）箱梁澆筑完成后，需要按規(guī)范要求進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，蒸汽養(yǎng)護(hù)是預(yù)應(yīng)力箱梁生產(chǎn)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其在冬季施工，混凝土開盤之前3～6h應(yīng)通汽對(duì)模板進(jìn)行預(yù)熱，出去模板上的浮冰，同時(shí)對(duì)拌合站的蓄水池進(jìn)行通氣加熱，提高水溫，保證混凝土的入模溫度高于10℃以上。（2）箱梁澆筑完畢后，及時(shí)對(duì)箱梁端頭進(jìn)行篷布覆蓋，箱梁兩側(cè)目前多采用密封性較好的保溫板，使用自動(dòng)溫控設(shè)備嚴(yán)格按靜停、升溫、恒溫、降溫對(duì)棚內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制，且按照規(guī)范的要求控制升溫和降溫的速度，保證了梁體芯部溫度與表層溫度、表層溫度與環(huán)境溫度、溫差均不超過15℃。

2.3 混凝土強(qiáng)度因素引起的裂紋的預(yù)防措施

（1）嚴(yán)格控制混凝土原材料的品質(zhì)和質(zhì)量，如水泥的強(qiáng)度、減水劑的減水率、砂石料的泥塊含量、含泥量及粉煤灰、礦渣粉等摻和料的需水量及活性指數(shù)等，確?；炷恋膹?qiáng)度發(fā)展。（2）嚴(yán)格控制施工配合比，在混凝土拌合過程中保證各種材料的計(jì)量，避免因計(jì)量不準(zhǔn)確引起的混凝土強(qiáng)度不足。（3）拆模及預(yù)初張時(shí)混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定強(qiáng)度，禁止野蠻作業(yè)，強(qiáng)行施工，遇強(qiáng)度不足的情況，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)周期。（4）做好現(xiàn)場(chǎng)各工序間的銜接，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)進(jìn)行預(yù)初張拉作業(yè)，避免早期裂紋的產(chǎn)生。

2.4 其他成因的預(yù)防措施

（1）加強(qiáng)鋼筋進(jìn)場(chǎng)外觀檢驗(yàn)，避免銹蝕嚴(yán)重鋼筋進(jìn)場(chǎng)，同時(shí)進(jìn)場(chǎng)鋼筋做好下墊上蓋工作。（2）加強(qiáng)箱梁保護(hù)層控制，加強(qiáng)混凝土墊塊強(qiáng)度驗(yàn)收，保證墊塊質(zhì)量，鋼筋綁扎過程過程按規(guī)范要求合理布置混凝土墊塊，避免墊塊少綁和漏綁現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)定期對(duì)箱梁底側(cè)模尺寸進(jìn)行檢查，避免模板嚴(yán)重變形現(xiàn)象的發(fā)生。（3）提高混凝土澆筑工藝水平，嚴(yán)把施工質(zhì)量，同時(shí)對(duì)振搗工進(jìn)行技術(shù)交底，控制混凝土厚度在30～40cm，水平分層斜向連接，振搗棒垂直插入，插點(diǎn)分布均勻，在振搗上一層時(shí)，應(yīng)將振搗棒插入下層混凝土5～10cm。（4）及時(shí)調(diào)整混凝土坍落度的波動(dòng)，加強(qiáng)拌合站的維修保養(yǎng)，避免拌合站帶病作業(yè)導(dǎo)致混凝土澆筑的長(zhǎng)時(shí)間等待。（5）遵循混凝土強(qiáng)度發(fā)展的客觀規(guī)律，避免超常規(guī)施工導(dǎo)致的混凝土的質(zhì)量問題。

3 結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力箱梁裂縫成因除上述因素以外，還有諸多的其他原因，如箱梁截面尺寸設(shè)計(jì)、鋼筋布置不合理、臺(tái)座不均勻下沉、預(yù)應(yīng)力張拉超張等都會(huì)導(dǎo)致梁體裂紋的產(chǎn)生，因此為了減少預(yù)應(yīng)力箱梁裂紋現(xiàn)象的發(fā)生，必須加強(qiáng)施工前的準(zhǔn)備與完善、施工過程質(zhì)量控制和把關(guān)及施工結(jié)束后處理與追蹤，只有做到這些才能切實(shí)達(dá)到防治預(yù)應(yīng)力箱梁裂紋的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]張紅，劉劍.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁裂縫施工階段的防治[J].吉林交通科技，2006，1.

[2]馬少雄，劉超群，符敏.混凝土常見質(zhì)量問題及其預(yù)防措施[J].廣東建材，2010（11）.