摘要：后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁在施工過程中，易產(chǎn)生裂縫。影響因素有：溫度應(yīng)力，原材料質(zhì)量，施工工藝等。加強(qiáng)施工過程主要工序的管理，特別是混凝土的養(yǎng)護(hù)對(duì)消除混凝土的表面裂縫尤為關(guān)鍵。
關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力 混凝土 空心板 裂縫 防治
在杭徽高速公路施工中，幾個(gè)合同段都出現(xiàn)了20m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁頂面縱向裂縫的現(xiàn)象，此事引起了技術(shù)人員的高度重視，對(duì)預(yù)制廠預(yù)制的全過程進(jìn)行了調(diào)查分析，查閱了有關(guān)試驗(yàn)資料，對(duì)施工工藝做了詳細(xì)了解，找出了產(chǎn)生裂縫的原因，提出了改進(jìn)措施，使預(yù)應(yīng)力混凝土空心板表面裂縫得到了控制，有效地防止了混凝土表面裂縫的再次發(fā)生。
1 概述
預(yù)應(yīng)力空心板是橋梁工程的主要受力結(jié)構(gòu)，保證混凝土的預(yù)制質(zhì)量至關(guān)重要，該預(yù)制廠預(yù)制空心板的數(shù)量500片，均為后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，下面是20m預(yù)應(yīng)力空心板施工的有關(guān)參數(shù)。
結(jié)構(gòu)類型：跨徑20m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。
混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度：50MPa
混凝土配合比：水泥∶砂∶碎石∶水∶減水劑=1∶1.26∶2.56∶0.31∶0.008
水泥用量：484kg/m3
水泥類型：安徽海螺P.O42.5R
砂：臨安樂平料場(chǎng)。
碎石：臨安於潛料場(chǎng)。
水：自來水。
減水劑：江蘇南通金陵四號(hào)Ⅱ型緩凝高效減水劑。
2 裂縫的產(chǎn)生
空心板在混凝土澆筑拆模后，在梁體頂面沿連接筋縱向產(chǎn)生長(zhǎng)度50~200mm，寬度為0.02~0.1mm的裂縫。鑿開混凝土裂縫發(fā)現(xiàn)，裂縫深度在0~5mm之間，初步判定為收縮裂縫或溫度裂縫。不影響空心板的正常使用，但考慮預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉有使裂縫長(zhǎng)度、寬度和深度增長(zhǎng)的可能，為此，分析裂縫產(chǎn)生的原因和改進(jìn)措施是完全必要的�；炷亮芽p在澆筑后第一個(gè)24h內(nèi)產(chǎn)生，這時(shí)混凝土最敏感產(chǎn)生震動(dòng)裂縫、收縮裂縫和沉陷裂縫。早期裂縫一旦發(fā)生，會(huì)增加混凝土的滲透性，并使混凝土暴露于易損傷環(huán)境的表面增加，這使混凝土早期老化，裂縫的產(chǎn)生使混凝土滲水性增大，降低混凝土的強(qiáng)度，在運(yùn)營(yíng)過程中遇到外荷載作用后，裂縫有加大的可能，從而影響其耐久性，并縮短其使用壽命。
3 裂縫產(chǎn)生的原因分析
鑒于預(yù)應(yīng)力混凝土空心板產(chǎn)生裂縫，技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)分析各道工序，查明裂縫產(chǎn)生的原因。
3.1 原材料因素 水泥采用安徽海螺P.O42.5R，檢驗(yàn)后確定其各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)標(biāo)，水泥用量484kg/m3。
高強(qiáng)混凝土中一般都會(huì)摻入450～600kg/m3的水泥，其水泥用量是普通混凝土的1.5～2倍。這樣在形成混凝土?xí)r，因水泥水化導(dǎo)致的體積收縮（即自縮）就大于普通混凝土，收縮裂縫發(fā)生的幾率也比普通混凝土要高。
高強(qiáng)混凝土因摻入大量的高標(biāo)號(hào)水泥，在混凝土硬化時(shí)就會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，促使混凝土快速升溫，這樣會(huì)增加混凝土的溫度收縮應(yīng)力，加之其他因素疊加影響，就極易引發(fā)溫度收縮裂縫。高強(qiáng)混凝土與普通混凝土相比，從水泥石含量來看，前者明顯高于后者，這樣在硬化早期高強(qiáng)混凝土因水分蒸發(fā)造成的混凝土干縮裂縫也比普通混凝土嚴(yán)重的多。
根據(jù)施工要求，用于施工的碎石材料主要是臨安樂平料場(chǎng)碎石，含泥量為0.3%、壓碎值8.1%<12%；選用含泥量為1.5%、細(xì)度模數(shù)Mx=2.7且級(jí)配優(yōu)良的臨安於潛料場(chǎng)中砂，以確保施工質(zhì)量。
減水劑為江蘇南通金陵四號(hào)Ⅱ型緩凝高效減水劑，符合規(guī)范要求。
3.2 施工工藝因素 ①混凝土的拌制。采用500型強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌制混凝土，拌制時(shí)間控制在1min上下，如果拌和時(shí)間不夠，混凝土的均勻性及和易性就很難達(dá)到要求，設(shè)計(jì)坍落度在7~9cm，判定水灰比超過了設(shè)計(jì)用量，過大的水灰比會(huì)增加混凝土干縮量，從而引發(fā)干縮裂縫。②混凝土澆注。施工時(shí)通過插入式振動(dòng)器對(duì)混凝土進(jìn)行振搗。注意防止過振，以免混凝土表面粗細(xì)集料離析而與模板及頂面周圍的混凝土表面細(xì)集料過于集中。③混凝土養(yǎng)生。正常的操作步驟是待混凝土脫模后方可進(jìn)入養(yǎng)生階段，空心板頂面裸露在大氣中，夏季的高溫氣候會(huì)加劇水分蒸發(fā)，構(gòu)件表面也會(huì)因此出現(xiàn)干縮裂縫。
3.3 混凝土內(nèi)箍筋的影響因素 鋼筋的膨脹率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土膨脹率，因鋼筋膨脹而引起的應(yīng)力也比混凝土表面的拉應(yīng)力大，混凝土表面就會(huì)出現(xiàn)裂縫。
3.4 混凝土自身應(yīng)力形成的裂縫 ①收縮裂縫。研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對(duì)體積減小。每100克水泥水化后的化學(xué)減縮值為7～9ml，如砼水泥用量為350kg/m3，則形成孔縫體積約25～30升/m3之巨。這是砼抗拉強(qiáng)度低和極限拉伸變形小的根本原因。當(dāng)砼在干燥條件下，水分蒸發(fā)。毛細(xì)孔縫中水逸出產(chǎn)生毛細(xì)壓力，使砼產(chǎn)生“毛細(xì)收縮”。砼的干縮值為0.04～0.06％。而砼的極限拉伸值只有0.01～0.02％，如果表層混凝土表面的拉力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，其表面就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫（或干縮裂縫）。②溫度裂縫：晝夜溫差變化、水泥水化熱等因素會(huì)使混凝土構(gòu)件表面膨脹或收縮，進(jìn)而出現(xiàn)溫度應(yīng)力。如果混凝土抗拉強(qiáng)度不及溫度應(yīng)力，混凝土表面就會(huì)有裂縫出現(xiàn)。經(jīng)分析，將溫度裂縫產(chǎn)生的原因初步診斷為水化熱太大而造成的。水化熱加大了混凝土構(gòu)件的內(nèi)外溫差，混凝土表面產(chǎn)生受拉應(yīng)力，而其內(nèi)部則產(chǎn)生受壓應(yīng)力。混凝土抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)不如其抗壓強(qiáng)度，所以其表面拉應(yīng)力可能先達(dá)到或超過混凝土抗拉強(qiáng)度，從而產(chǎn)生直線裂縫（即溫差裂縫），該結(jié)構(gòu)裂縫形態(tài)正是如此。
4 裂縫的預(yù)防措施
4.1 嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān) 檢查所用的施工材料，確保其合格后方可允許進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，高標(biāo)號(hào)混凝土應(yīng)該采用高標(biāo)號(hào)水泥，同時(shí)避免水泥過量使用，確保水泥至少經(jīng)過45min的時(shí)間才能完成初凝階段的施工。采用級(jí)配優(yōu)良的中砂作為細(xì)集料，細(xì)度模數(shù)Mx必須在2.6以上，含泥量不應(yīng)超過2%。采用級(jí)配優(yōu)良、質(zhì)地堅(jiān)硬的碎石作為粗骨料，含泥量不應(yīng)超過1%，針片狀顆粒含量最好
在5%以下。根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)置水灰比，水的用量要合理。
4.2 混凝土拌和 對(duì)混凝土集料的配比進(jìn)行周密的分析，參照設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)混凝土的水灰比和坍落度，減水劑的用量不宜過多�；炷磷罴训陌韬蠒r(shí)間在2min左右，這樣能確保拌制均勻；混凝土坍落度的設(shè)計(jì)要合理，以免破壞其和易性。
4.3 混凝土的澆注 控制好混凝土的澆注時(shí)間和澆注時(shí)的溫度，安排在早、晚或溫度低的時(shí)候進(jìn)行混凝土澆注。熱天澆注混凝土?xí)r，應(yīng)降低水溫拌制，選用水化熱小和收縮小的水泥灰比，合理使用減水劑，加強(qiáng)振搗以減少水化熱。在混凝土初凝前應(yīng)進(jìn)行兩次振搗，在終凝前進(jìn)行兩次壓抹。這樣可以有效地防止混凝土產(chǎn)生塑性收縮裂縫。具體操作方法如下：首先用插入式振動(dòng)棒振搗，約3小時(shí)后再用鐵滾筒或木抹子壓實(shí)一次，然后在混凝土接近終凝前用抹刀反復(fù)進(jìn)行多次抹壓。特別是在大風(fēng)、炎熱的天氣更要注意多次壓實(shí)。
4.4 混凝土養(yǎng)護(hù) 養(yǎng)護(hù)階段的工作對(duì)于防治混凝土裂縫來說具有非常重要的作用。特別是在大風(fēng)、炎熱的天氣，及時(shí)拆模，當(dāng)混凝土達(dá)到拆模強(qiáng)度時(shí)就即時(shí)拆模。在混凝土脫模后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)的措施缺乏一定的根據(jù)。應(yīng)該在混凝土澆注收漿完成后，就采用濕土工布覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)，不允許混凝土在高溫下裸露暴曬。灑水次數(shù)應(yīng)能保證混凝土表面始終保持在濕潤(rùn)狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于兩周，保濕養(yǎng)護(hù)是控制混凝土裂縫的重要措施之一。水泥水化會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，結(jié)束混凝土澆筑后一定要在側(cè)模外噴水散熱，以免混凝土溫度太高，體積過于膨脹，而在冷卻后體積收縮引發(fā)裂縫。
4.5 芯模 充氣膠囊在使用前應(yīng)經(jīng)過檢查，不得漏氣，在混凝土澆注至拆模期間，芯模不得漏氣，以保證芯模內(nèi)壓力平衡，防止漏氣破壞壓力平衡，從而導(dǎo)致空心板混凝土頂面出現(xiàn)裂縫。因此，混凝土澆注之前檢查芯模是否完好格外重要。
5 裂縫的處置措施
裂縫按其形狀分為表面的、貫穿的、縱向的和橫向的等等。判斷裂縫有害還是無害，首先，它是否有害結(jié)構(gòu)安全和耐久性，其次，是否影響使用功能。一般小于0.1～0.2mm裂縫視為無害裂縫，作簡(jiǎn)單表面封閉即可，再作柔性防水層就更保險(xiǎn)了。對(duì)結(jié)構(gòu)是安全，視為無害裂縫。本項(xiàng)目中預(yù)應(yīng)力混凝土空心板頂面的裂縫為無害裂縫。具體處理時(shí)采用：用環(huán)氧樹脂配固化劑、丙酮以1:0.5:0.25的配合比進(jìn)行修補(bǔ)。將裂縫周圍5厘米內(nèi)的混凝土用鋼刷刷干凈，用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，再涂環(huán)氧樹脂，貼玻璃布，之后再涂一層環(huán)氧樹脂。玻璃布要求經(jīng)5%濃度的純大堿水煮沸脫脂，能保證日后運(yùn)營(yíng)過程中梁體內(nèi)的鋼筋不受大氣腐蝕，提高結(jié)構(gòu)的使用壽命。通過以上的處理方案不影響梁體的正常使用。
6 結(jié)論
推行上述改進(jìn)措施以后，混凝土表面的裂縫現(xiàn)象明顯減少。預(yù)應(yīng)力混凝土空心板是橋梁的承重結(jié)構(gòu)，所以在預(yù)制前，先要確定一套科學(xué)的操作流程，并對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底；進(jìn)一步明確各道工序中的操作要點(diǎn)，嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成各道工序的驗(yàn)收工作，一旦出現(xiàn)問題，要及時(shí)查明問題根源，并通過相應(yīng)的措施加以整治，保證混凝土空心板的預(yù)制質(zhì)量。
