浅析先张法预应力空心板裂缝产生原因及处理措施

 
时间日期:2008-5-21        已被阅读次:[3606]
 
广东省佛山公路工程有限企业 胡伟杰 冼波业

[摘 要] 先张法预应力混凝土空心板在施工过程中,易产生裂缝。影响因素有:温度应力,
     原材料质量,施工工艺流程等。针对裂缝的产生原因必须加强施工过程中关键工
     序的实时监控管理。本文对消除混凝土的表面裂缝提出原因分析与处理措施。

[关键词] 先张法 预应力 空心板 裂缝 原因 处理

一、引言
  在普惠高速公路施工中,空心板预制场出现了16米预应力混凝土空心板产生竖向裂缝的
现象。此事引起了项目部的高度重视。对预制场预制的全过程进行了调查分析,查阅了有关
试验资料,对施工工艺做了详细了解,找出了产生裂缝的原因。提出了改进措施,使预应力
混凝土空心板表面裂缝得到了控制,快速有效地防止了空心板混凝土表面裂缝的再次发生。
  二、 工程概述
  广东省普惠高速公路东起普宁市乌石,西至惠来县东港,与深汕高速公路相接,全长41
公里。全线路基分十一个合同段,将各路基合同段的12.46m、13m、16m、20m预应力空心板
单独抽出,形成一个空心板合同段,即空心板预制场标段。该预制场预制空心板的数量2558
片,其中12.46m 先张法空心板126片,13m先张法空心板144片,16m先张法空心板2087片,2
0m后张法空心板201片,工程量4300万。以16m先张法空心板为主要生产任务。预应力空心板
是桥梁工程的主要受力结构,保证混凝土的预制质量至关重要,下面是16米预应力空心板施
工的有关参数。
  结构类型:跨径16m预应力混凝土空心板。
  混凝土设计强度:C40
  混凝土配合比:水泥∶砂∶碎石∶水∶减水=1∶1.41∶2.02∶0.38∶0.005
  水泥用量:500kg/m3
  水泥类型:粤秀P.Ⅱ42.5R
  砼坍落度:80 ~ 120mm
  细骨料:惠来东港砂场(Ⅱ区级配)河砂。
  粗骨料:普宁池尾石场(0.5-31.5mm)花岗岩碎石。
  水:机井水。
  减水剂:湛江产FDN-5型高效减水剂。
  钢筋:广钢产线材,质量检验合格
  钢绞线:江西新余产,质量检验合格
  三、 裂缝的产生
  空心板在混凝土浇筑完成拆模后,沿连接筋竖向产生长度50~150mm,宽度为0.02~0.08
mm的裂缝,顶面也出现50~100mm,宽度为0.02~0.12mm的裂缝。凿开混凝土裂缝发现,裂
缝深度在0~5 mm之间,初步判定为收缩裂缝或温度裂缝。不影响空心板的正常使用,但考
虑预应力钢绞线放张后,混凝土顶面受拉,致使裂缝长度、宽度和深度增长的可能。为此,
分析裂缝产生的原因和改进措施是完全必要的。混凝土裂缝在浇筑后第一个24h内产生,这
时混凝土最敏感易产生收缩裂缝。早期裂缝一旦发生,会增加混凝土的渗透性, 裂缝的产
生使混凝土渗水性增大,会引起钢筋的锈蚀,从而影响其耐久性。并缩短其使用寿命。
  四、 分析裂缝产生的原因
  鉴于预应力混凝土空心板产生裂缝,项目部组织技术专家组马上对施工中的各个环节进
行了分析:
  1、原材料因素
  混凝土配合比水泥采用粤秀P.Ⅱ 42.5R,经检验符合规范要求。水泥用量:500kg/m3.
,属于高临界用量。这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即自缩就大于
普通混凝土,出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。该配合比因采用高标号水泥且用量大
,这样在混凝土硬化过程中,水化放热量大,将加大混凝土的最高温升,从而使混凝土的温
度收缩应力加大。在叠加其他因素的情况下,很有可能导致温度收缩裂缝。由于该混凝土中
水泥用量约是普通混凝土的1.5倍,在硬化早期由于水分蒸发引起的干缩也将大于普通混凝
土;碎石采用普宁池尾石场碎石,级配符合规范要求,压碎指标值8.3%<12%(规范值),含
泥量0.7%不符合规范要求;砂采用惠来东港中砂,含泥量4.2%>3%(规范值),不符合规范
要求,细度模数Mx=2.7,级配符合规范要求;水采用机井水,属饮用水;减水剂为湛江生产
的FDN-5,符合规范要求;钢筋与钢绞线经检验均符合规范要求。碎石和砂含泥量超标,对
混凝土表面裂缝有一定影响,水泥用量过大,达到了规范要求的最高限,这是混凝土表面产
生裂缝的主要因素。
  2、 施工工艺因素
  (1)、混凝土的拌制。拌和设备是山东建筑机械厂JS500型强制式搅拌机,操作方面,
拌和时间为1min左右,时间过短,从而影响混凝土的均匀性,测其坍落度为160,判定水灰
比与设计配合比数值不符。水灰比过大,混凝土干缩量加大,产生干缩裂缝。
  (2)、混凝土的出机温度和浇筑入模温度,混凝土由料斗装载,通过砼轨道运输车运
输,用小龙门吊移动及入模振捣。由于浇注混凝土是在中午进行,施工现场气温较高。
  (3)、混凝土浇注。浇注速度20m3/h,,浇注速度快。人工操作插式振动棒振捣,振
捣过程出现过振现象,混凝土浇注时的倾落高度过高。致使混凝土表面粗细集料离析,靠近
模板混凝土表面细集料集中,浇筑后面板过早收浆抹面。
  (4)、对张拉设备进行校验,如果张拉用的千斤顶油表度数不准,张拉力超过设计值
,造成台座形位移,假如浇注完混凝土后,台座底座不牢,沉降不均匀会造成混凝土表面就
会产生横向裂缝。经检查,设备符合要求,台座地基满足要求,没有发现台座变形、位移、
下沉现象。
  3、 混凝土养护因素
  混凝土养生。现场操作往往是等现场所有空心板浇筑完成后开始养生,期间空心板顶面
裸露在大气中,夏季最高气温达35℃,加快了水份的蒸发。侧板及内腔在拆模前得不到应有
的养护。养护人员及养护材料数量不足,责任不明确。
  4、混凝土自身应力形成的裂缝。
  (1)、收缩裂缝。混凝土凝固时,一些水份与水泥颗粒结合,使体积减少,称为凝缩
。另一些水份蒸发,使体积减小,称为干缩,凝缩和干缩合称为收缩。混凝土的干燥过程是
由表面逐步扩展到内部的,在混凝土内呈现含水梯度。因此产生表面收缩大,内部收缩小的
不均匀收缩,致使表面混凝土承受拉力,内部混凝土承受压力。当表层混凝土所产生的拉力
超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。
  (2)、温度裂缝:混凝土受水泥水化放热、阳光照射、夜间降温等因素影响而出现冷
热变化时,将发生收缩和膨胀,产生温度应力,温度应力超过混凝土抗拉强度时,即产生裂
缝。可以初步推断是由于水化热过大引起的温度裂缝。空心板所采用的粤秀P.Ⅱ42.5R的比
表面积在(380m2~390m2)之间,所以水泥的细度、活性较好,水化反应活跃,水化热较其
他水泥早出现。由于水化热作用,使混凝土内部与外表面温差过大,这时内部混凝土受压应
力,表面混凝土受拉应力。由于混凝土抗压强度远大于抗拉强度,表面拉应力可能先达到并
超过混凝土抗拉强度,而产生间距大致相等的直线裂缝(称温差裂缝),该结构裂缝形态正
是如此。
  五、 裂缝的处理措施
  1、 严把原材料质量关。进场材料必须经严格检验后方能使用。水泥初凝时间必须大于
45分钟。细集料使用级配良好的中砂,细度模数Mx应大于2.6,含泥量小于2%。粗骨料使用
质地坚硬、级配良好的碎石,含泥量小于1%,针片状颗粒含量应小于5%。严格控制水灰比
,保证水的用量控制在标准之内。
  2、 混凝土拌和:在原材料不变动的前提下细致分析调整混凝土集料的配比:
  水泥∶砂∶碎石∶水∶减水剂=1∶170∶2.35∶0.35∶0.005
  水泥用量:438kg/m3 坍落度:80 ~ 100mm
  对混凝土使用高标号水泥,减少水泥用量,控制混凝土的水灰比,减少混凝土的坍落度
,合理掺加减水剂。混凝土拌和时间控制在3min,不能过短,也不能过长。搅拌时间短混合
料不均匀。为保证混凝土的均匀性,应根据现场气候情况和材料现状,每天早中晚、雨后都
要对砂石材料抽样检测。根据检测结果,及时调整配合比,严格控制加水量,经常检测混凝
土的坍落度,以保证混凝土具有良好的和易性。
  3、 混凝土的浇注:改变混凝土浇注时间,选择一天中温度较低的早、晚时间浇注。降
低混凝土的入模温度。确保入模温度控制在30℃以内。采用降温、缓凝等措施降低水化热引
起的温度上升,将混凝土内的温度控制在50℃以内。浇注时混凝土浇注时的倾落高度控制在
2m以内,均匀出料、均匀放料,不能堆积成堆,以免发生离析现象。合理安排施工速度,底
板、顶板浇筑速度可适当加快,而侧板浇注速度不易过快。一般控制在15m3/h采用插入式
振捣器振捣时,移动间距不应超过振捣器作用半径的1.5倍,分层振捣,每层厚30cm,对每
一振捣部位必须振动到混凝土停止下沉,不在冒出气泡,表面呈现平坦、泛浆,边振动边徐
徐提出振动棒,现场振捣按部位责任到人,避免过振,造成混凝土离析。在面板抹面收浆30
min后用竹扫进行二次收浆拉毛把表面刚出现的微小收缩裂缝消除。
  4、 混凝土养护:不论是收缩裂缝还是温度裂缝,混凝土的养护最为关键。等混凝土脱
模之后才开始洒水养护的方法是错误的。改变了混凝土养护方法,安排专人不间断向钢侧模
外立面喷水散热降温。由于水泥在水化过程中产生很大的热量,在浇注过程喷水散热,能避
免混凝土由于温度过高,体积膨胀过大,在冷却后体积收缩过大产生裂缝。顶板在最后一道
收浆后,用麻袋覆盖后洒水养护。使混凝土表面始终保持在湿润状态,梁板内腔在两头砌砖
到倒角位置高,然后挂上草帘密盖后灌水养护。不允许混凝土在高温下裸露暴晒。养护时间
不少于两周。
  六、 其他应注意事项
  (1)、模板:预制空心板的芯模固定不牢,混凝土振捣时因挤压力的作用使芯模上浮
,造成空心板底面超厚,顶板厚度不足,充气胶囊在使用前应经过检查,不得漏气,有些空
心板混凝土顶面裂缝就是由于混凝土在未达到2.5MPa时,芯模漏气,致使顶面混凝土开裂。
因此,预制之前检查芯模是否完好格外重要。采用充气胶囊作空心板芯模的空心板虽装脱模
较方便,但胶囊固牢难度大,加之胶囊本身材质问题、上浮和局部鼓包的现象更易发生,所
以除12.46m、13m空心板采用胶囊芯模外。16m空心板全部采用的钢模板作芯模以保证结构尺
寸和以利散热。减少裂缝发生的几率。
  (2)、钢绞线的放张:按设计要求混凝土的强度达到设计强度等级的80%后才能放张
,采用千斤顶先张后松并配合拆楔放松法。先采用两个250吨千斤顶将横梁向预制梁的纵向
顶移5mm,取出横梁前楔块后千斤顶回油钢绞线便慢慢放松。当放松位移达到150mm时,采用
砂轮锯按顺序切割钢绞线,割线顺序纵向由台座跨中向两端分割,横向由两侧向中间对称割
线,以保证每次割线对梁体只产生最小侧向弯矩。每一轮割线纵向将同一根钢绞线在所有梁
两端同时割断。避免剧烈的位移产生的裂缝。
  (3)、最后注意的是移梁和存梁:用龙门吊移梁存梁起吊时,吊起20~30cm后,要检
查各部位有无不正常变化,确认情况良好且无障碍物、挂拌物后,方可继续提升,前后高差
不得超过2%。存梁按编号有规划地存放,以方便架梁时取梁。梁体的存放高度最大不超过3
米,在梁的两头设置牢固的存放支座,使梁处在简支状态下存放,不得将梁直接放在地上,
以免地面不平引起梁片上部受拉而使梁上部产生裂缝甚至断裂。
  七、 结束语
  事实表明,由于采取以上了有效处理措施,加强了各个环节的控制与管理,消除了空心
板表面裂缝产生。普惠高速公路全线在后来施工的近二千块板梁中再未出现裂缝,施工进展
顺利。正式投入使用以来,运行情况良好。预应力混凝土空心板是桥梁的承重结构,因此,
在预制过程前,一定要制定出合理的施工工艺流程,对所有参与施工的人员进行技术交底;
掌握关键工序的技术要点;在施工实践中,要根据工程所处的环境条件,严格按规范要求检
测各项指标,发现异常,认真分析每一个影响因素,及时找出问题产生的原因。采取相应的
对策和措施加以解决以确保混凝土空心板的预制质量。
  参考文献
  [1]JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范.北京 人民交通出版社,2000,1
  [2]JTJ053-94公路工程水泥混凝土试验规程.北京 人民交出版社,1994,12
  [3]《工程结构裂缝控制》 王铁梦著, 中国建筑工业出版社,1999
     
 
 
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