小議預(yù)應(yīng)力空心板的設(shè)計(jì)及其裂縫的防治

摘要：隨著工藝進(jìn)步，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板在橋梁工程中應(yīng)用越來越廣泛，但在施工過程中，易產(chǎn)生裂縫。影響因素有溫度應(yīng)力、施工工藝等。加強(qiáng)工序管理，特別是混凝土養(yǎng)護(hù)，對(duì)消除混凝土表面裂縫尤為關(guān)鍵。本文簡要的闡述了預(yù)應(yīng)力空心板的設(shè)計(jì)方式，在此基礎(chǔ)上還分析了裂縫產(chǎn)生的原因，并提出了幾點(diǎn)具體的防治措施。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力 空心板 設(shè)計(jì) 裂縫 防治

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板在施工過程中，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。

1 預(yù)應(yīng)力空心板設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板長2996cm，高125cm，每塊板寬99cm，腹板寬18cm，底板、頂板厚12cm，斷面挖空率為50.6％。

1.2 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算 把板梁劃分為30個(gè)單元，每個(gè)載面分別編號(hào)為1，2，3……31。通過橋梁電算程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移計(jì)算。

1.3 預(yù)應(yīng)力配束 預(yù)應(yīng)力束設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度R=1860MPa的高強(qiáng)度低松弛的鋼鉸線，預(yù)埋波紋管成孔。每束鋼鉸線張拉控制應(yīng)力為0.75Ryb，采用應(yīng)力應(yīng)變雙控，兩端張拉。每塊板配有4φ15.24鋼鉸線4束，5φj15.24鋼鉸線2束，對(duì)稱布置在兩側(cè)腹板上。后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板跨徑大，施工技術(shù)要求高，為檢驗(yàn)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，確保安全使用，并準(zhǔn)確掌握空心板的承載能力和變形情況，為工程竣工驗(yàn)收提供數(shù)據(jù)和積累資料，進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力混凝土空心板單梁靜載試驗(yàn)。

2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

以某橋梁工程為例，對(duì)其裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了以下分析。

2.1 原材料因素 水泥采用賽馬P.042.5R，經(jīng)檢驗(yàn)符合規(guī)范要求，水泥用量：500kg／m³。

高強(qiáng)混凝土由于其水泥用量大多在(450～600kg／m³)，是普通混凝土的1.5～2倍。這樣在混凝土生成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(jī)率也大于普通混凝土。

高強(qiáng)混凝土因采用高標(biāo)號(hào)水泥且用量大，這樣在混凝土硬化過程中，水化放熱量大，將加大混凝土的最高溫升，從而使混凝土的溫度收縮應(yīng)力加大。在疊加其他因素的情況下，很有可能導(dǎo)致溫度收縮裂縫。由于高強(qiáng)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。

碎石采用小洪溝料場碎石，級(jí)配符合規(guī)范要求，壓碎值8.3％<12％(規(guī)范指標(biāo))，含泥量0.7％不符合規(guī)范要求。

砂采用小洪溝中砂，含泥量4.2％>3％，不符合規(guī)范要求，細(xì)度模數(shù)Mx=2.7，級(jí)配符合規(guī)范要求。

水采用機(jī)井水，屬飲用水。

減水劑為湛江生產(chǎn)的FDN-5，符合規(guī)范要求。

碎石和砂含泥量超標(biāo)，對(duì)混凝土表面裂縫有一定影響，水泥用量過大，達(dá)到了規(guī)范要求的最高限，這是混凝土表面產(chǎn)生裂縫的主要因素。

2.2 設(shè)備因素 對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，如果張拉用的千斤頂油表度數(shù)不準(zhǔn)，張拉力超過設(shè)計(jì)值，造成臺(tái)座變形位移，假如澆注完混凝土后，臺(tái)座發(fā)生變形，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋。經(jīng)檢查，設(shè)備符合要求，臺(tái)座地基滿足要求，沒有發(fā)現(xiàn)臺(tái)座變形、位移、下沉現(xiàn)象。

2.3 施工工藝因素

2.3.1 混凝土的拌制。拌和設(shè)備是500型強(qiáng)制式攪拌機(jī)，操作方面，拌和時(shí)間為1min左右，時(shí)間過短，從而影響混凝土的均勻性，取其坍落度為3.5，判定水灰比超過了設(shè)計(jì)用量，水灰比過大，混凝土干縮量加大，產(chǎn)生干縮裂縫。

2.3.2 混凝土澆注。工地采用插入式振動(dòng)器振密，振搗過程出現(xiàn)過振現(xiàn)象，致使混凝土表面粗細(xì)集料離析，靠近模板的混凝土表面細(xì)集料集中。

2.3.3 混凝土養(yǎng)生。現(xiàn)場操作往往是等混凝土脫模后才開始養(yǎng)生，空心板頂面裸露在大氣中，夏季最高氣溫達(dá)35℃，加快了水份的蒸發(fā)，致使表面干縮裂縫。

2.4 混凝土內(nèi)箍筋的影響因素

由于鋼筋和混凝土膨脹率的差異，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，從而使混凝土表面拉裂。

2.5 混凝土自身應(yīng)力形成的裂縫。

2.5.1 收縮裂縫。混凝土凝固時(shí)，一些水份與水泥顆粒結(jié)合，使體積減少，稱為凝縮。另一些水份蒸發(fā)，使體積減小，稱為干縮，凝縮和干縮合稱為收縮。混凝土的干燥過程是由表面逐步擴(kuò)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(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。

2.5.2 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(shí)，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(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生裂縫。可以初步推斷是由于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(shí)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(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，表面拉應(yīng)力可能先達(dá)到并超過混凝土抗拉強(qiáng)度，而產(chǎn)生間距大致相等的直線裂縫(稱溫差裂縫)，該結(jié)構(gòu)裂縫形態(tài)正是如此。

3 裂縫的預(yù)防措施

針對(duì)以上工程進(jìn)行的裂縫原因分析，提出了以下具體的解決措施。

3.1 嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān)。進(jìn)場材料必須經(jīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)后方能使用，對(duì)高標(biāo)號(hào)混凝土使用高標(biāo)號(hào)水泥，減少水泥用量，水泥初凝時(shí)間必須大于45分鐘。細(xì)集料使用級(jí)配良好的中砂，細(xì)度模數(shù)Mx應(yīng)大干2.6，含泥量小于2％。粗骨料使用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的碎石，含泥量小于1％，針片狀顆粒含量應(yīng)小于5％。嚴(yán)格控制水灰比，保證水的用量控制在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。

3.2 混凝土拌和：細(xì)致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，減少混凝土的坍落度，合理摻加塑化劑和減少劑。混凝土拌和時(shí)間控制在2min，不能過短，也不能過長。攪拌時(shí)間短混合料不均勻，時(shí)間過長，會(huì)破壞材料的結(jié)構(gòu)。保證混凝土的均勻性，嚴(yán)格控制加水量，經(jīng)常檢測混凝土的坍落度，以保證混凝土具有良好的和易性。

3.3 混凝土的澆注：混凝土澆注應(yīng)選擇一天中溫度較低的時(shí)候進(jìn)行，采用插入式振搗器振搗時(shí)，移動(dòng)間距不應(yīng)超過振搗器作用半徑的1.5倍，對(duì)每一振搗部位必須振動(dòng)到混凝土停止下沉，不在冒出氣泡，表面呈現(xiàn)平坦、泛漿，邊振動(dòng)邊徐徐提出振動(dòng)棒，避免過振，造成混凝土離析。

3.4 混凝土養(yǎng)護(hù)：不論是收縮裂縫還是溫度裂縫，混凝土的養(yǎng)護(hù)最為關(guān)鍵。等混凝土脫模之后才開始灑水養(yǎng)護(hù)的方法是錯(cuò)誤的。混凝土澆注收漿完成后，盡快草簾覆蓋和灑水養(yǎng)護(hù)，使混凝土表面始終保持在濕潤狀態(tài)，不允許混凝土在高溫下裸露暴曬。由于水泥在水化過程中產(chǎn)生很大的熱量，混凝土澆注完成后必須在側(cè)模外噴水散熱，以免混凝土由于溫度過高，體積膨脹過大，在冷卻后體積收縮過大產(chǎn)生裂縫，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于兩周。

3.5 芯模：充氣膠囊在使用前應(yīng)經(jīng)過檢查，不得漏氣，有些空心板混凝土頂面裂縫就是由于混凝土在未達(dá)到2.5MPa時(shí)，芯模漏氣，致使頂面混凝土開裂。因此，預(yù)制之前檢查芯模是否完好格外重要。

通過以上改進(jìn)措施，混凝土表面裂縫逐漸消失。預(yù)應(yīng)力混凝土空心板是橋梁的承重結(jié)構(gòu)，因此，在預(yù)制過程前，一定要制定出施工工藝規(guī)程，對(duì)所有參與施工的人員進(jìn)行技術(shù)交底；掌握關(guān)鍵工序的技術(shù)要點(diǎn)，嚴(yán)格按規(guī)范要求檢測各項(xiàng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)找出問題產(chǎn)生的原因，采取合理的處理措施加以解決，確保混凝土空心板的預(yù)制質(zhì)量。