預(yù)應(yīng)力橋梁砼裂紋產(chǎn)生原因及防治研究

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

　　1、預(yù)應(yīng)力箱梁裂縫的種類及起因分析

　　1.1收縮裂縫

　　1.1.1沉陷裂縫

　　當外界濕度減小時，梁體水份就會蒸發(fā)，引起凝膠失水，失去水膜的膠粒由于水分引力作用，使膠粒間距變小，產(chǎn)生收縮，由此引起的裂縫就是沉陷裂縫。其一般在澆筑后幾個小時就發(fā)生。砼澆筑后若不及時養(yǎng)護，幾小時內(nèi)在梁體頂板產(chǎn)生的裂縫就是沉陷裂縫。

　　1.1.2干縮裂縫

　　當砼內(nèi)毛細水減少時，會引起毛細管內(nèi)壓力增大，使管壁受到壓力，其壓力隨溫度減小而增大，表現(xiàn)為體積的“干縮”。由于箱梁內(nèi)部與外表溫度不同，從而使內(nèi)部與外表面干縮的速度也不一樣，表面干縮比內(nèi)部快，所以在外表面產(chǎn)生拉應(yīng)力引起干縮裂縫。同時由于新的砼干縮比老的砼快，從而在接縫處新砼受老砼的約束，導(dǎo)致新面變化，在接縫的表面產(chǎn)生干縮裂縫（即施工縫）。

　　砼的干縮大小與水泥的品種、水泥的用量和單位用水量有關(guān)。在施工中水泥標號越高、水泥顆粒越細，水泥用量越多、單位用水量越大時，砼的收縮也越大。此外，砂石在砼中形成骨架，對受傷有一定的抑制作用。砂石愈干凈、搗固愈密實，砼的收縮量也就愈小。

　　1.2溫度裂縫

　　連續(xù)箱梁在施工時受到來自與主墩臨時混凝土固結(jié)支座的約束，也受到來自鋼筋及預(yù)應(yīng)力不均勻作用的外部約束，同時受到來自箱梁內(nèi)部頂板、腹板、底板的截面厚薄不一的內(nèi)部約束，在有外部及內(nèi)部約束的情況下，砼在升溫及降溫過程中將產(chǎn)生溫度應(yīng)力（σt）：

　　σt=R×αt×ΔTm×Ee

　　R——約束度；

　　αt——砼熱脹系數(shù)（線膨脹系數(shù)）；

　　ΔTm——溫差；

　　Ee——砼的有效彈模。砼溫度裂縫的引發(fā)條件是：σt≥ft（砼的抗拉強度）。為了減免砼溫度引起的收縮裂縫，需要控制砼拉應(yīng)力（σt）不大于砼抗拉強度ft，控制溫差ΔTm顯然是最為有效并最為可行的。在砼澆筑后的溫升期中（3-5天內(nèi)），砼處于塑性—彈性轉(zhuǎn)變階段，Ee較小，不容易發(fā)生問題，砼峰溫過后，彈性模量逐漸增大，溫度裂縫大多出現(xiàn)在澆筑后的7-20天內(nèi)。

　　同時，連續(xù)梁在懸臂分塊澆筑過程中，早已硬化的“老”砼塊體可對新接澆塊體的溫度變形起到約束作用，并有可能在新塊體中引發(fā)裂縫，這種由于新老痛溫差所引發(fā)的溫度裂縫，機制簡明預(yù)防這種裂縫最有效可行的辦法就是降低砼澆筑溫度以減小溫差。

　　1.3預(yù)應(yīng)力裂縫

　　預(yù)應(yīng)力裂縫主要容易出現(xiàn)在端塊錨下應(yīng)力區(qū)以及梁底沿縱向預(yù)應(yīng)力筋的縱向裂縫。張拉時砼的強度未達到，錨中局部應(yīng)力由泊松效應(yīng)產(chǎn)生橫向環(huán)狀拉應(yīng)力，拉應(yīng)力可以導(dǎo)致開裂；底板中部縱向預(yù)應(yīng)力的泊松效應(yīng)及施工過程中預(yù)應(yīng)力管道周圍砼的收縮不均勻，容易造成底板橫橋向拉應(yīng)力過大，導(dǎo)致底板縱向裂縫。

　　2、控制箱梁裂縫產(chǎn)生的措施

　　2.1砼的質(zhì)量控制

　　2.1.1原材料的選擇

　?。?）水泥的選擇。

　　水泥的品質(zhì)影響水泥凝膠的組分、結(jié)構(gòu)和數(shù)量，所以也影響水泥的毛細孔、凝膠孔德形狀、尺寸和數(shù)量，并進而影響到砼的干縮性。水泥的干縮性可隨下列因素而降低：a較低的C3A/SO3比；b較低的Na2O和K2O含量；c較高的C4AF含量。

　　（2）骨料的選擇。

　　砂石一般不與水泥漿起化學(xué)反應(yīng)，它們在砼中主要起到骨架作用，因而可以降低水化熱，大大減少砼由于水泥漿硬化而產(chǎn)生的收縮，并起到抑制裂縫發(fā)展的作用。

　　由于骨料在砼中起著重要作用，故砼中骨料應(yīng)具有良好的顆粒級配，以盡量減小空隙率；砂石表面應(yīng)干凈，以保證與水泥漿更多地結(jié)合；應(yīng)盡可能減少含有的雜質(zhì)，以保證砼的耐久性。石子的粒徑較大時，砼所需的水泥用量和用水量都減少，降低砼的水化熱，同時砼的干縮也較小。但石子太大，砼的攪拌和其他操作在施工中都將發(fā)生困難，而且易產(chǎn)生離析。針對以上情況，在施工中選用兩個級配，一種為5-16mm碎石，另一種為10-25mm粒徑石子。

　　使用砂子過粗易使新拌砼產(chǎn)生泌水現(xiàn)象，影響砼的和易性；使用的砂子較細時，又會使砼粘聚性略大、保水性好、易于振搗，但干縮較大、表面容易產(chǎn)生干縮裂縫。結(jié)合施工經(jīng)驗，粗砂細度模數(shù)為2.6-2.9。

　?。?）外加劑的選擇。

　　箱梁鋼筋較密，再加上有波紋管，因此要求砼的流動性大，和易性好，故使用減水劑、密實劑。減水劑可改善砼的和易性，減少水的用量，減慢水化初期水化熱產(chǎn)生的速度，有利于改善砼的溫度應(yīng)力，減少開裂現(xiàn)象；密實劑可使各層砼連接較好，避免施工縫的出現(xiàn)。

　?。?）配合比的選擇。

　　配置砼就是在滿足砼和易性、強度、耐久性及盡可能經(jīng)濟等四項基本要求下，比較合理地確定水泥、水、砂子、石子四者的用量比例關(guān)系及外加劑的比例。在確保砼的澆筑均勻、振搗密實的前提下，采用較少的拌合水量，較小的水灰比，較好的骨料級配以及較小些的坍落度，較低的拌合溫度，都是有助于降低砼的干縮性的。

　　2.1.2混凝土的抗拉性能

　　砼溫度裂縫的引發(fā)條件是：σt（溫度應(yīng)力）≥ft（砼的抗拉強度），砼的抗拉伸變形能力是制約砼裂縫的重要因素之一，但國內(nèi)關(guān)于這方面的實驗研究卻不如壓縮性那樣充分。

　　混凝土受拉中的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系線形有似于受壓中的關(guān)系線性，如圖所示：

　　在拉應(yīng)力增加到超過A點后，砼內(nèi)部微裂縫逐漸增多、擴展，往往要出現(xiàn)塑性變形，在拉應(yīng)力增加到極限強度ft（B點）時混凝土不一定立即破壞，而后是拉應(yīng)力轉(zhuǎn)而下降，直至C點混凝土才要斷裂。有資料顯示，混凝土的極限拉伸強度除相關(guān)混凝土強度之外還受粗骨料粒徑形態(tài)影響。采用碎石的混凝土，其抗拉伸性可比卵石混凝土強。另有資料，骨料的最大粒徑越大，抗拉性能越低。

　　2.2箱梁的施工工藝控制

　　2.2.1養(yǎng)護

　　砼澆筑完成后即進行養(yǎng)生，能促進硬化作用得以充分發(fā)揮，防止干縮裂縫的出現(xiàn)。在施工中通常采用直接往砼表面澆水的方法，使砼表面保持絕對濕潤，防止砼時干時濕，致使頂板開裂。

　　2.2.2混凝土的澆筑

　　連續(xù)箱梁的澆筑采用從頂板下料，先澆筑底板，再澆筑腹板，最后澆筑頂板的澆筑順序澆筑，并分別采用不同的坍落度控制。底板和頂板控制在14-16cm之間，腹板控制在16-18cm之間。

　　砼的振搗以附著式為主，插入式振動棒為輔，且重視附著式振動器的設(shè)置。附著式振動器必須兩邊對稱振動，控制振動時間。底板和頂板采用插入式振動棒搗固，要布點均勻，逐步振搗，尤其是注意錨頭位置和新老混凝土接縫位置的振搗，不可過振或漏振，保證砼的質(zhì)量，抑制裂縫的產(chǎn)生。梁體頂板在澆筑后要二次收漿，抹面拉毛，防止沉陷裂縫的出現(xiàn)。

　　2.3預(yù)應(yīng)力施工控制

　　預(yù)應(yīng)力施工是一道關(guān)鍵工序，是保證整個梁體質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也將直接影響箱梁以后的承載力。施加預(yù)應(yīng)力要求精度高，故在施工中易受各方面的不良影響，如錨頭砼質(zhì)量，錨下鋼筋及彈簧筋的布置，張拉機具及施工人員的技術(shù)水平等。在施工中采取以下措施：

　　①標定千斤頂、油表，使其處于良好的工作狀態(tài)；

　?、跈z查錨具、鋼絞線的質(zhì)量，杜絕不合格產(chǎn)品；

　?、劭刂茝埨瓡r砼的強度（本橋張拉時強度不小于49.5Mpa）和彈性模量；

　?、苁构ぷ麇^與錨墊板貼近，并且夾片安裝均勻、打緊；

　　⑤加載卸載時要平穩(wěn)、緩慢，不可過快產(chǎn)生沖擊力；⑥張拉順序須嚴格按照設(shè)計張拉順序施工。

　　3、結(jié)語

　　混凝土裂縫本身是一個較復(fù)雜的問題，它涉及到混凝土的材性、構(gòu)性及施工環(huán)境等各方面的問題。實際工程結(jié)構(gòu)中的干縮變形和溫度變形時而是相伴發(fā)生，外部約束和內(nèi)部約束也時而是同時存在的，如果我們從根本上了解到制約砼裂縫的發(fā)生主要有三個基本要素：

　?、夙攀湛s變形的大?。?/p>

　?、陧趴估阅艿母叩?；

　　③砼變形的約束條件，那么，有效地預(yù)防預(yù)應(yīng)力混凝土裂縫的產(chǎn)生也是可操作的。