预应力混凝土产生裂缝的成因及预防

2022-09-10

近些年来, 我国公路事业得以长足发展, 突飞猛进。现代公路桥梁朝着大跨度、高强、多孔方向发展, 预应力混凝土梁由于其薄壁、自重小、节省材料等优点, 跻身于公路桥梁建设之中, 成为现代公路施工不可缺少的工序。

但是在施工过程中, 由于人为因素或材料、配合比设计及施工工序的不当, 造成梁、板裂缝, 质量不佳, 大的酿成质量事故, 现对公路预应力梁最为常见的, 在施工中产生裂缝的原因, 提出见解, 及预防方法。

1 预应力混凝土构件产生裂缝的因素分析

1.1 结构混凝土裂缝

(1) 荷载引起的裂缝。公路在使用过程中, 处于动载、静载两种应力作用之下, 产生裂缝。是在使用过程中出现。

(2) 在构件浇筑施工过程中, 由于混凝土原材计量不准确, 材料质量存在问题, 张拉、吊装、运输、安装过程中, 构件受力不合理, 造成混凝土裂缝。

(3) 在使用阶段, 由于受利益驱使, 货物严重超载, 超过设计荷载, 造成梁的裂缝。

1.2 由于温度变化引起的裂缝

1.2.1 日照温差

由于每天时间段的温度不同, 白天构件受太阳照射, 温度升高, 混凝土受热膨胀, 到了晚上, 温度下降, 温差较大, 由于结构受到自身的约束作用, 导致局部结构拉应力增大, 出现裂缝, 温差裂缝是导致混凝土裂缝最为常见的因素。

1.2.2 水化热

在浇筑混凝土过程中, 混凝土中水泥与水产生水化热, 在混凝土内部产生较高温度, 内外温度温差较大使混凝土表面产生不规则裂缝。

1.2.3 养护不及时

混凝土浇筑完后, 没有及时对混凝土进行养护, 施工过程中, 未采取措施对钢模进行降温、防热处理, 致使模板内侧混凝土中水分损失较快, 较内部混凝土收缩大, 引起裂缝、粘模。

1.3 原材料质量不合格, 造成混凝土裂缝

混凝土是由骨料 (砂子、石子) 、水泥、水、外加剂等材料主成, 因使用原材质量不符合规范要求, 导致混凝土裂缝。

(1) 使用高水化热的水泥, 由于水泥水化过程中释放的热引起的变化和收缩以及外界的条件的作用而产生的温度应力和收缩应力, 是导致混凝土出现裂缝的主要因素。

(2) 砂石骨料。砂石含泥量较大, 超过规范要求, 选择使用较细的砂子, 砂、石级配不好, 石子针片状含量超标, 不仅会降低混凝土强度, 而且在混凝土硬化过程时, 导致混凝土产生不规则网状细小裂缝。

1.4 施工过程及施工工艺控制不当造成裂缝

预应力混凝土构件在浇筑、拆模、运输、吊装过程中, 若施工工艺不合理, 施工控制不好, 可导致混凝土质量低劣, 裂缝, 对于预应力梁来讲, 薄壁构件更容易受到外部因素影响, 比较典型的因素有以下几种。

(1) 混凝土在浇筑过程中, 由于施工操作人员素质较低, 在浇筑混凝土时, 将绑扎好的钢筋踩落, 使承受负弯矩的钢筋保护层加厚, 导致构件高度减小, 降低构件抗弯承载力, 形成与钢筋垂直方向的裂缝。

(2) 混凝土振捣不密实, 不均匀, 出现蜂窝、麻面、甚至空洞。混凝土塌落度控制不当, 流动性较差。

(3) 由于构件加固措施不合理, 造成钢筋笼上浮, 混凝土保护层厚度减小, 承受弯力减弱, 张拉时, 易被拉裂。

(4) 混凝土施工时, 混凝土流动性较差。

(5) 混凝土浇筑过快, 振捣不到位, 在硬化过程中, 容易在混凝土浇筑数小时内发生塑限收缩裂缝。

(6) 混凝土搅拌、运输时间过长, 水分蒸发过多。

(7) 对材料计量不准, 随意增减用水, 造成混凝土过稀或过干, 都是引起混凝土产生裂缝的因素之一。

(8) 拆模过早, 在高温天气浇筑混凝土, 水分蒸发, 表面快速变干, 强度降低, 引起混凝土裂缝。

(9) 后张法施工, 混凝土强度在未达到要求, 施加应力, 进行张拉, 因应力产生裂缝。

2 裂缝预防措施

(1) 对大跨径的预应力梁, 在施工中不仅要对纵向预应力重视, 对横向和竖向预应力的施加也要引起重视, 各工序按顺序相互衔接, 张拉时, 要注意张拉钢绞线的顺序, 应遵循均匀对称, 偏心荷载小的原则先张拉靠近截面形心轴的钢束, 有效的横向预应力, 才能阻止混凝土纵向裂缝的开裂与控制裂缝的宽度。

(2) 张拉时, 必须对混凝土试块强度进行检测, 在强度达到要求时方可进行, 施加的预应力要到位, 孔道灌浆要饱满, 密实以提高构件整体强度。

(3) 混凝土浇筑质量、养护, 配合比的选择。选择原材料时, 必须严把质量关, 各种材料严格按规程、规范试验, 验收。含泥量, 针片状不得超标, 合理调配混凝土配合比。外加剂的选用要慎重, 必须经多次试验, 选择性能好的, 掺入后塌落度损失小的高效减水剂。有必要对砂、石、水泥进行碱骨料反应试验。避免后期因碱骨料反应造成混凝土破坏。必要时, 可在混凝土掺入掺合料, 以减小水化热时所产生的热量, 尽量选择中砂, 严格控制各种材料的计量。

(4) 避开高温时段的作业, 以减小因温度高, 水分蒸发较快, 收缩不匀、温差而产生的裂缝。可采取降温措施。

(1) 对原材料实施降温处理, 可搭凉棚, 或对水进行制冷、加冰于水中, 减小混凝土的入模温度。

(2) 尽量不选择水化热大、早强的水泥。

(3) 对模板降温, 以防模板过热造成混凝土起皮、裂缝, 可经常浇水、或覆盖草帘以降低模板温度。

(4) 加强混凝土成品的早期养护工作, 养护期不少于14天, 中午天气热时, 加大浇水频率。在缺水地区, 可采用塑料薄膜覆盖, 将外漏混凝土盖严, 形成一个气密盖, 防止水分损失, 使构件处于潮湿状态, 塑料布的搭接不少于30cm, 压紧压牢。如用养护剂, 必须保证喷洒均匀, 不漏喷, 在养护期发现损坏, 加以补喷。使之在混凝土表面形成保护膜。

(5) 混凝土浇筑过程中, 必须按要求振捣, 快插慢拔, 眼观无大气泡翻出, 保证混凝土密实。

(6) 张拉器具必须严格按规范校验, 特别是油表, 一定要用精度高的压力表, 操作人员要严格按操作程序操作, 读数准确。

(7) 混凝土浇筑要连续, 不可间断, 每层厚度不大于30cm, 振捣时, 一定要插入下层1/3处, 使上下两层混凝土形成整体, 无冷缝产生。

(8) 运输、吊装要小心, 绑扎牢固, 防止碰撞。