淺談先張法預(yù)應(yīng)力混凝土板梁頂面裂縫的分析與防治
關(guān)鍵詞先張法、預(yù)應(yīng)力、混凝土、板梁、裂縫、防治
一、概述
京滬高速(天津段)一期工程五合同段橋梁工程主體結(jié)構(gòu)位于武清轄區(qū)內(nèi)104國道西側(cè)，先張預(yù)應(yīng)力空心板梁共計1630片，其中13米跨徑先張板梁270片，均由項目部一號預(yù)制梁場生產(chǎn)。預(yù)應(yīng)力空心板是橋梁工程的主要受力結(jié)構(gòu)，因此保證混凝土的預(yù)制質(zhì)量至關(guān)重要，下面是13米先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁施工的有關(guān)參數(shù)。
結(jié)構(gòu)類型：跨徑13m預(yù)應(yīng)力混凝土先張空心板梁
混凝土設(shè)計強度：50Mpa
鋼絞線類型：φ15.2/1860Mp
混凝土配合比：水泥∶細骨料∶粗骨料∶水∶外加劑
=1∶1.72∶2.378∶0.37∶0.01
水泥用量：500kg/m3
水泥類型：天津振興正通牌普通42.5
細骨料：蘆龍河沙細度模數(shù)：2.44
粗骨料：薊縣碎石最大粒徑：25mm
水：機井水
外加劑：天津萬通WT-1型減水劑
二、裂縫的產(chǎn)生
13米首件預(yù)制的個別空心板梁在混凝土澆筑完成拆模后，在頂面沿拉毛紋路及箍筋橫向產(chǎn)生長度50~100mm,寬度為0.08~0.4mm的裂縫，頂面縱向也出現(xiàn)50~150mm，寬度為0.1~0.4mm的裂縫。經(jīng)滴灌紅色墨水標(biāo)注、鑿開混凝土裂縫發(fā)現(xiàn)，裂縫深度在0~6mm之間，初步判定為收縮裂縫或溫度裂縫，不影響空心板的受力及使用，但考慮到預(yù)應(yīng)力鋼絞線放張后，混凝土頂部抗拉強度降低、張力增大，致使裂縫長度、寬度和深度有增加的可能，因此，分析裂縫產(chǎn)生的原因、提出改進措施是完全必要的。混凝土早期裂縫一旦發(fā)生，其滲透性能會發(fā)生改變，其暴露于易損傷環(huán)境的表面積也隨之增大，加速混凝土的老化，會嚴重降低混凝土的強度；裂縫的產(chǎn)生使混凝土滲水、滲液性增大，易造成其內(nèi)部受力筋的腐蝕，從而影響混凝土的耐久性，縮短使用壽命。
三、裂縫產(chǎn)生的原因分析
鑒于13米首件板梁生產(chǎn)出現(xiàn)裂縫，技術(shù)人員立即對施工中的各個工序、環(huán)節(jié)進行了分析。
1、原材料影響因素
水泥采用天津振興正通牌普通42.5R，經(jīng)檢驗符合規(guī)范要求（檢驗編號05JH5-3-001），水泥用量：500kg/m3。
高強混凝土由于其水泥用量大(450～600kg/m3)，基本是普通混凝土的1.5～2倍，這樣在混凝土固化過程中由于水泥水化而引起的體積收縮即自縮就大于普通混凝土，出現(xiàn)收縮裂縫的機率也大于普通混凝土。同時，在高標(biāo)號混凝土固化過程中，構(gòu)件的水化放熱量大，增加了混凝土的最高溫升，從而使混凝土的溫度收縮應(yīng)力加大。在其他因素（養(yǎng)護、外界氣溫等）的綜合作用下，很有可能導(dǎo)致溫度收縮裂縫。
由于高強混凝土中水泥石含量是普通混凝土的1.5倍，在硬化早期由于水分蒸發(fā)引起的干縮也將大于普通混凝土。
碎石采用薊縣某料場碎石，級配經(jīng)試驗人員抽檢符合規(guī)范要求，經(jīng)水洗設(shè)備水洗后石料含泥量符合規(guī)范要求。
砂采用蘆龍中砂，含泥量符合規(guī)范要求，細度模數(shù)Mx=2.44，級配符合規(guī)范要求。
混凝土生產(chǎn)班和用水采用機井水，經(jīng)質(zhì)檢站檢驗符合規(guī)范要求，并達到引用水標(biāo)準。
減水劑為天津萬通WT-1型減水劑，檢驗符合規(guī)范要求。
經(jīng)分析，混凝土中碎石和砂含泥量沒有超標(biāo)，級配符合要求，但水泥用量較大，達到了規(guī)范要求的最高限，這是混凝土表面易產(chǎn)生裂縫的重要因素。
2、施工工藝影響因素
�。�1）、混凝土的拌制。拌和設(shè)備采用梁場內(nèi)自備的75型攪拌機，每盤拌和時間為1min左右，時間較短，從而影響混凝土的均勻性。取當(dāng)日混凝土澆筑記錄，現(xiàn)場實測其坍落度為11mm，判定水灰比超過了設(shè)計用量，水灰比過大，混凝土干縮量加大，易產(chǎn)生干縮裂縫。
（2）、混凝土的澆筑。梁場采用插入式振動器振密，振搗過程出現(xiàn)過振現(xiàn)象，致使混凝土表面粗細集料離析，靠近模板及頂部的混凝土表面細集料集中。
�。�3）、混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護。在施工技術(shù)交底中要求現(xiàn)場施工人員在混凝土表面定將后立即覆蓋土工布并灑水養(yǎng)生，但在實際操作中往往及時養(yǎng)生不能到位，水化熱、砼體水分蒸發(fā)造成表面干化收縮較快，容易造成干縮裂縫，尤其氣溫高于25℃時更容易產(chǎn)生�，F(xiàn)場出現(xiàn)裂紋的構(gòu)件均是當(dāng)日氣溫較高時澆筑生產(chǎn)的。
3、混凝土內(nèi)箍筋的影響因素
鋼筋和混凝土膨脹率存在差異，鋼材的膨脹率大于混凝土的膨脹率，混凝土表面的拉應(yīng)力小于鋼筋膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力，因而在混凝土產(chǎn)生大量水化熱時，鋼筋膨脹形變較大，從而易使混凝土表面產(chǎn)生裂紋。
4、混凝土自身應(yīng)力形成的裂縫
（1）、收縮裂縫：混凝土固化時，砼內(nèi)部分水份與水泥顆粒結(jié)合，使其總體積減少的現(xiàn)象稱為凝縮；另一些水份蒸發(fā)，使其體積減小，稱為干縮。凝縮和干縮合稱為收縮�；炷恋母稍镞^程是由表面逐步擴展到內(nèi)部的，在混凝土內(nèi)呈現(xiàn)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)部混凝土承受壓力。當(dāng)表層混凝土所產(chǎn)生的拉力超過其抗拉強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。
（2）、溫度裂縫：混凝土受水泥水化放熱、陽光照射、夜間降溫等因素影響而出現(xiàn)冷熱變化時，將發(fā)生收縮和膨脹，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時，即產(chǎn)生裂縫，該裂縫是水化熱過大引起的溫度裂縫。由于水化熱作用，使混凝土內(nèi)部與外表面溫差過大，這時內(nèi)部混凝土受壓應(yīng)力，表面混凝土受拉應(yīng)力。由于混凝土抗壓強度遠大于抗拉強度，表面拉應(yīng)力可能先達到并超過混凝土抗拉強度，而產(chǎn)生間距大致相等的直線裂縫（稱溫差裂縫），本先張板梁裂紋形態(tài)正是如此。
綜上所述，板梁頂面產(chǎn)生的裂紋主要是由于早期養(yǎng)護不到位造成的溫度裂縫和收縮裂縫。
四、裂縫的預(yù)防措施
1、嚴把原材料質(zhì)量關(guān)。進場材料必須經(jīng)嚴格檢驗后方能使用，高標(biāo)號混凝土必須使用高標(biāo)號水泥，保證水泥用量符合配合比要求，水泥初凝時間要大于45分鐘；細骨料使用級配良好的中砂，含泥量小于2%；粗骨料使用質(zhì)地堅硬、級配良好的碎石，含泥量小于1%，針片狀顆粒含量應(yīng)小于5%，拌合前應(yīng)對粗骨料進行水洗，以保證含泥量及針片狀顆粒含量；嚴格控制水灰比，保證水的用量控制在標(biāo)準之內(nèi)。
