預應力混凝土空心板裂縫分析與防治

摘要：后張法預應力混凝土空心板梁在施工過程中，易產生裂縫。影響因素有：溫度應力，原材料質量，施工工藝等。加強施工過程主要工序的管理，特別是混凝土的養護對消除混凝土的表面裂縫尤為關鍵。

關鍵詞：預應力 混凝土 空心板 裂縫 防治

在杭徽高速公路施工中，幾個合同段都出現了20m預應力混凝土空心板梁頂面縱向裂縫的現象，此事引起了技術人員的高度重視，對預制廠預制的全過程進行了調查分析，查閱了有關試驗資料，對施工工藝做了詳細了解，找出了產生裂縫的原因，提出了改進措施，使預應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生。

1 概述

預應力空心板是橋梁工程的主要受力結構，保證混凝土的預制質量至關重要，該預制廠預制空心板的數量500片，均為后張法預應力混凝土空心板，下面是20m預應力空心板施工的有關參數。

結構類型：跨徑20m預應力混凝土空心板。

混凝土設計強度：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。

碎石：臨安於潛料場。

水：自來水。

減水劑：江蘇南通金陵四號Ⅱ型緩凝高效減水劑。

2 裂縫的產生

空心板在混凝土澆筑拆模后，在梁體頂面沿連接筋縱向產生長度50~200mm，寬度為0.02~0.1mm的裂縫。鑿開混凝土裂縫發現，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，但考慮預應力鋼絞線張拉有使裂縫長度、寬度和深度增長的可能，為此，分析裂縫產生的原因和改進措施是完全必要的。混凝土裂縫在澆筑后第一個24h內產生，這時混凝土最敏感產生震動裂縫、收縮裂縫和沉陷裂縫。早期裂縫一旦發生，會增加混凝土的滲透性，并使混凝土暴露于易損傷環境的表面增加，這使混凝土早期老化，裂縫的產生使混凝土滲水性增大，降低混凝土的強度，在運營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 裂縫產生的原因分析

鑒于預應力混凝土空心板產生裂縫，技術人員應及時分析各道工序，查明裂縫產生的原因。

3.1 原材料因素 水泥采用安徽海螺P.O42.5R，檢驗后確定其各項指標均能達標，水泥用量484kg/m3。

高強混凝土中一般都會摻入450～600kg/m3的水泥，其水泥用量是普通混凝土的1.5～2倍。這樣在形成混凝土時，因水泥水化導致的體積收縮（即自縮）就大于普通混凝土，收縮裂縫發生的幾率也比普通混凝土要高。

高強混凝土因摻入大量的高標號水泥，在混凝土硬化時就會產生大量的水化熱，促使混凝土快速升溫，這樣會增加混凝土的溫度收縮應力，加之其他因素疊加影響，就極易引發溫度收縮裂縫。高強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混凝土因水分蒸發造成的混凝土干縮裂縫也比普通混凝土嚴重的多。

根據施工要求，用于施工的碎石材料主要是臨安樂平料場碎石，含泥量為0.3%、壓碎值8.1%<12%；選用含泥量為1.5%、細度模數Mx=2.7且級配優良的臨安於潛料場中砂，以確保施工質量。

減水劑為江蘇南通金陵四號Ⅱ型緩凝高效減水劑，符合規范要求。

3.2 施工工藝因素 ①混凝土的拌制。采用500型強制式攪拌機拌制混凝土，拌制時間控制在1min上下，如果拌和時間不夠，混凝土的均勻性及和易性就很難達到要求，設計坍落度在7~9cm，判定水灰比超過了設計用量，過大的水灰比會增加混凝土干縮量，從而引發干縮裂縫。②混凝土澆注。施工時通過插入式振動器對混凝土進行振搗。注意防止過振，以免混凝土表面粗細集料離析而與模板及頂面周圍的混凝土表面細集料過于集中。③混凝土養生。正常的操作步驟是待混凝土脫模后方可進入養生階段，空心板頂面裸露在大氣中，夏季的高溫氣候會加劇水分蒸發，構件表面也會因此出現干縮裂縫。

3.3 混凝土內箍筋的影響因素 鋼筋的膨脹率遠遠大于混凝土膨脹率，因鋼筋膨脹而引起的應力也比混凝土表面的拉應力大，混凝土表面就會出現裂縫。

3.4 混凝土自身應力形成的裂縫 ①收縮裂縫。研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對體積減小。每100克水泥水化后的化學減縮值為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。這是砼抗拉強度低和極限拉伸變形小的根本原因。當砼在干燥條件下，水分蒸發。毛細孔縫中水逸出產生毛細壓力，使砼產生“毛細收縮”。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度，其表面就會產生收縮裂縫（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使混凝土構件表面膨脹或收縮，進而出現溫度應力。如果混凝土抗拉強度不及溫度應力，混凝土表面就會有裂縫出現。經分析，將溫度裂縫產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件的內外溫差，混凝土表面產生受拉應力，而其內部則產生受壓應力。混凝土抗拉強度遠不如其抗壓強度，所以其表面拉應力可能先達到或超過混凝土抗拉強度，從而產生直線裂縫（即溫差裂縫），該結構裂縫形態正是如此。

4 裂縫的預防措施

4.1 嚴把原材料質量關 檢查所用的施工材料，確保其合格后方可允許進入施工現場，高標號混凝土應該采用高標號水泥，同時避免水泥過量使用，確保水泥至少經過45min的時間才能完成初凝階段的施工。采用級配優良的中砂作為細集料，細度模數Mx必須在2.6以上，含泥量不應超過2%。采用級配優良、質地堅硬的碎石作為粗骨料，含泥量不應超過1%，針片狀顆粒含量最好

在5%以下。根據設計要求設置水灰比，水的用量要合理。

4.2 混凝土拌和 對混凝土集料的配比進行周密的分析，參照設計要求設計混凝土的水灰比和坍落度，減水劑的用量不宜過多。混凝土最佳的拌合時間在2min左右，這樣能確保拌制均勻；混凝土坍落度的設計要合理，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間和澆注時的溫度，安排在早、晚或溫度低的時候進行混凝土澆注。熱天澆注混凝土時，應降低水溫拌制，選用水化熱小和收縮小的水泥灰比，合理使用減水劑，加強振搗以減少水化熱。在混凝土初凝前應進行兩次振搗，在終凝前進行兩次壓抹。這樣可以有效地防止混凝土產生塑性收縮裂縫。具體操作方法如下：首先用插入式振動棒振搗，約3小時后再用鐵滾筒或木抹子壓實一次，然后在混凝土接近終凝前用抹刀反復進行多次抹壓。特別是在大風、炎熱的天氣更要注意多次壓實。

4.4 混凝土養護 養護階段的工作對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、炎熱的天氣，及時拆模，當混凝土達到拆模強度時就即時拆模。在混凝土脫模后進行灑水養護的措施缺乏一定的根據。應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護，不允許混凝土在高溫下裸露暴曬。灑水次數應能保證混凝土表面始終保持在濕潤狀態，養護時間不少于兩周，保濕養護是控制混凝土裂縫的重要措施之一。水泥水化會產生大量的水化熱，結束混凝土澆筑后一定要在側模外噴水散熱，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裂縫。

4.5 芯模 充氣膠囊在使用前應經過檢查，不得漏氣，在混凝土澆注至拆模期間，芯模不得漏氣，以保證芯模內壓力平衡，防止漏氣破壞壓力平衡，從而導致空心板混凝土頂面出現裂縫。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，它是否有害結構安全和耐久性，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，作簡單表面封閉即可，再作柔性防水層就更保險了。對結構是安全，視為無害裂縫。本項目中預應力混凝土空心板頂面的裂縫為無害裂縫。具體處理時采用：用環氧樹脂配固化劑、丙酮以1:0.5:0.25的配合比進行修補。將裂縫周圍5厘米內的混凝土用鋼刷刷干凈，用酒精清洗后，再用丙酮擦洗一次，再涂環氧樹脂，貼玻璃布，之后再涂一層環氧樹脂。玻璃布要求經5%濃度的純大堿水煮沸脫脂，能保證日后運營過程中梁體內的鋼筋不受大氣腐蝕，提高結構的使用壽命。通過以上的處理方案不影響梁體的正常使用。

6 結論

推行上述改進措施以后，混凝土表面的裂縫現象明顯減少。預應力混凝土空心板是橋梁的承重結構，所以在預制前，先要確定一套科學的操作流程，并對施工人員進行技術交底；進一步明確各道工序中的操作要點，嚴格根據設計要求完成各道工序的驗收工作，一旦出現問題，要及時查明問題根源，并通過相應的措施加以整治，保證混凝土空心板的預制質量。