預(yù)應(yīng)力混凝土空心板早期裂縫的成因及控制

張靜莉

(安陽(yáng)市食品藥品審評(píng)中心， 河南 安陽(yáng) 455000)

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板與普通鋼筋混凝土相比具有抗裂性能好、自重輕、節(jié)約鋼材、造價(jià)低及承載能力高等優(yōu)勢(shì)，在道路橋梁及工業(yè)與民用建筑中得到廣泛的應(yīng)用。但是對(duì)原材料、制作工藝過(guò)程要求嚴(yán)格，控制不好極易出現(xiàn)裂縫。直接影響混凝土空心板外觀及結(jié)構(gòu)性能。本文主要對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板早期裂縫的成因進(jìn)行探討與分析，有針對(duì)性的采取措施。加強(qiáng)過(guò)程質(zhì)量控制，預(yù)防和減少裂縫產(chǎn)生。保障預(yù)應(yīng)力混凝土空心板應(yīng)具有的安全使用性能。

1 裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 混凝土收縮是裂縫產(chǎn)生的主要原因

混凝土是由水泥粘結(jié)多種材料，由可塑性逐漸凝結(jié)硬化而形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的人工石。混凝土在凝結(jié)硬化過(guò)程中因收縮而導(dǎo)致裂縫是產(chǎn)生裂縫的主要原因。由于水化反應(yīng)和游離水的遷移蒸發(fā)導(dǎo)致混凝土體積收縮。收縮時(shí)混凝土內(nèi)部壓應(yīng)力遠(yuǎn)大于表面拉應(yīng)力時(shí)即形成收縮裂縫。收縮分為塑性收縮和干燥收縮。

1.1.1 塑性收縮

主要發(fā)生混凝土澆筑3～4小時(shí)后，混凝土在塑性階段因失水形成表面泌水，水分大量蒸發(fā)，骨料下沉等使混凝土在凝結(jié)過(guò)程中體積收縮。當(dāng)混凝土表面風(fēng)吹日曬，氣溫干熱時(shí)極易形成混凝土內(nèi)部水分向外遷移速度遠(yuǎn)小于蒸發(fā)速度。導(dǎo)致未硬化的混凝土塑性收縮，其收縮量可達(dá)1%。

1.1.2 干燥收縮

混凝土終凝后表層水逐步蒸發(fā)，水分由內(nèi)向外遷移濕度下降。同時(shí)，在混凝土集料間形成的毛細(xì)管內(nèi)的水分水化和遷移后形成負(fù)壓即“毛細(xì)收縮”， 多重作用導(dǎo)致混凝土干燥收縮體積減小。在制備混凝土?xí)r，水以其作用不同，分為物理水、化學(xué)水。水與水泥反應(yīng)形成一系列水化產(chǎn)物，在凝結(jié)硬化過(guò)程中，將沙、石、鋼筋等材料緊緊地膠結(jié)在一起，形成具有機(jī)械強(qiáng)度和設(shè)計(jì)形狀的人工石。物理水在環(huán)境、外力作用下，多余的層間水不斷遷移至表面，蒸發(fā)。整個(gè)物理——化學(xué)過(guò)程是一個(gè)不可逆過(guò)程。終凝后，混凝土因失水發(fā)生體積收縮稱為干燥收縮或“吸附收縮”。是混凝土收縮變形產(chǎn)生裂縫的重要成因。

1.2 溫度裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)。當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，變形受到約束將在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生足夠大的壓應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)外受到的應(yīng)力差足夠大時(shí)則出現(xiàn)溫度裂縫。

（1）混凝土受水泥水化熱、日光照射、氣候晝夜溫差等因素影響而出現(xiàn)冷熱變化時(shí)，將發(fā)生收縮與膨脹，產(chǎn)生溫度效應(yīng)。特別是水泥水化熱高時(shí)，可使混凝土內(nèi)部最高溫升達(dá)70 ℃，導(dǎo)致與混凝土表面溫差過(guò)大，壓應(yīng)力遠(yuǎn)大于表面拉應(yīng)力而產(chǎn)生溫度裂縫。另外，當(dāng)設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)高、厚薄不一致的大體積混凝土空心板、保溫保濕措施不及時(shí)或不到位也將導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生溫度裂縫。

（2）當(dāng)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板受到0℃以下氣溫影響時(shí)，其層間部分游離水結(jié)冰，體積膨脹約9%，混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時(shí)凝膠孔中的過(guò)冷水產(chǎn)生滲透壓使混凝土受到膨脹應(yīng)力增大，強(qiáng)度降低，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。溫度低于0℃ ，混凝土吸水飽和是凍脹裂縫產(chǎn)生的必要條件。

1.3 原材料因素

1.3.1 水泥

品種不同的水泥及同體積混凝土水泥用量不同其水化熱值也不同。如果水泥用量采用規(guī)范要求的高臨界值，混凝土在水化硬化過(guò)程中其自縮值、水化熱值都大于正常水泥用量的混凝土。加大了收縮裂縫產(chǎn)生的幾率。摻有礦渣微粉品種的水泥，由于早期表面強(qiáng)度低，自收縮值較大，受外界影響因素敏感，易產(chǎn)生收縮裂縫。

1.3.2 骨料

骨粉比對(duì)C35以上混凝土影響大。骨料粒徑大，混凝土收縮值小。所以粗集料要選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配合理、針面狀顆粒＜5%、無(wú)粉化、含泥量＜0.5%的石子。細(xì)集料沙子易采用中砂，含泥量＜2%。若骨料中細(xì)集料多，含粉狀泥土多，混凝土拌和不均勻，減弱了混凝土內(nèi)水泥與骨料間的結(jié)合力，即加大了裂縫產(chǎn)生的機(jī)會(huì)。

1.3.3 外加劑

在制備混凝土?xí)r為便于施工，為保持良好的‘和易性’和混凝土強(qiáng)度，通常加入減水劑、增泡劑、緩凝劑等一種或幾種外加劑。當(dāng)使用的原材料發(fā)生較大變化，由于外加劑與水泥等材料存在的相容性問題將直接影響混凝土的和易性、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等性能。導(dǎo)致應(yīng)力不均勻程度增加，極易產(chǎn)生裂縫。

1.4 預(yù)應(yīng)力混凝土制備因素

混凝土澆筑過(guò)快、流動(dòng)性低、振動(dòng)不實(shí)、不均。硬化時(shí)沉實(shí)過(guò)大，容易在澆筑數(shù)小時(shí)后產(chǎn)生裂縫；塌落度控制不嚴(yán)，導(dǎo)致收縮值不一致產(chǎn)生裂縫。

沒有按照?qǐng)D集設(shè)計(jì)組織施工。混凝土配比、部筋不合理、保護(hù)層厚度不夠、造成結(jié)構(gòu)性受力不均，而產(chǎn)生裂縫。

對(duì)預(yù)應(yīng)力筋建立的預(yù)應(yīng)力值，根與根差值較大；放張受力筋的時(shí)間不適宜（要求混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值 75%）；或方式方法不正確（要求從中間向兩側(cè)對(duì)稱放筋）；對(duì)于先張法臺(tái)座不平整或有裂縫等因素，致使放張受力筋時(shí)，由于混凝土局部受到的壓應(yīng)力與拉應(yīng)力不平衡在壓應(yīng)力超過(guò)拉應(yīng)力的極限處而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

在制作過(guò)程中（長(zhǎng)線張拉工藝），由于設(shè)備原因?qū)е乱唤M預(yù)應(yīng)力混凝土空心板側(cè)彎時(shí)，兩側(cè)受拉主筋受力不均，極易造成沿弧度方向產(chǎn)生裂縫；貼近空心板側(cè)面的機(jī)械墻板銹蝕時(shí)，運(yùn)行阻力增加，易造成沿板側(cè)面裂縫。

1.5 混凝土養(yǎng)護(hù)因素。

混凝土在凝結(jié)硬化早期。當(dāng)氣溫高，風(fēng)干物燥季節(jié)，陽(yáng)光直射混凝土?xí)r，造成表面水分急劇蒸發(fā)，內(nèi)外含水梯度加劇。或在早春初冬季節(jié)，氣溫晝夜溫差大時(shí)，如對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)的措施不及時(shí)、不適宜，都易引起混凝土內(nèi)部壓應(yīng)力遠(yuǎn)大于表面拉應(yīng)力導(dǎo)致混凝土表面形成裂縫。需及時(shí)覆蓋灑水，始終保持混凝土濕潤(rùn)。要注意適時(shí)覆蓋保暖。

2 防止與控制裂縫的產(chǎn)生

2.1 原材料和設(shè)計(jì)方面

按結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)圖集要求組織材料和生產(chǎn)。對(duì)原材料進(jìn)行入場(chǎng)檢驗(yàn)，以保證沙、石、鋼筋、水泥質(zhì)量。粗骨料含泥量＜1%，針片狀顆粒含量＜5%。細(xì)集料泥含量＜2%。加強(qiáng)混凝土塌落度、強(qiáng)度試驗(yàn)，選擇適宜的配合比。科學(xué)合理布筋。

2.2 施工和制備方面

施工環(huán)節(jié)是控制裂縫出現(xiàn)的重要方面。首先，要準(zhǔn)確計(jì)量集料配比，合理?yè)郊铀芑瘎┗驕p水劑，嚴(yán)格控制加水量和塌落度。控制混凝土拌和時(shí)間，振搗時(shí)間以保證混凝土具有良好和易性、密實(shí)性。攪拌時(shí)間短，過(guò)振都易引起混凝土集料分布不均勻。其二，建立鋼筋預(yù)應(yīng)力值要符合設(shè)計(jì)要求且每根預(yù)應(yīng)力值相差不能大于設(shè)計(jì)值的5%。以保證空心板結(jié)構(gòu)受力均勻。其三，要依據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛘莆諠仓r(shí)間避開高溫和陽(yáng)光直射時(shí)間段。其四，生產(chǎn)用臺(tái)座要平整，特別是混凝土材料的臺(tái)座不應(yīng)有不均勻沉陷或裂縫，以防空心板預(yù)應(yīng)力筋放張時(shí)底部壓應(yīng)力受阻而產(chǎn)生裂縫。同時(shí)要掌握好預(yù)應(yīng)力筋放張時(shí)間和起板時(shí)間，齡期不少于十四天。

2.3 混凝土養(yǎng)護(hù)方面

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。混凝土澆筑完成后應(yīng)盡快使用具有良好保水性能的覆蓋物覆蓋，灑水養(yǎng)護(hù)。保持混凝土表面包括側(cè)面始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于二周。當(dāng)氣溫低于10℃晝夜溫差大時(shí)，要覆蓋保溫材料，采取保溫保濕措施。總之達(dá)到混凝土內(nèi)外部水分的遷移與蒸發(fā)相平衡，水化熱引起的內(nèi)外溫差降至最低為要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板早期裂縫形成原因是多方面的，也是較為復(fù)雜的。要考慮到原材料、施工環(huán)境、設(shè)備設(shè)施、制備過(guò)程控制、混凝土養(yǎng)護(hù)等因素依據(jù)具體情況具體分析。嚴(yán)格控制致使裂縫出現(xiàn)的主要因素。樹立質(zhì)量意識(shí)，積極采取應(yīng)對(duì)措施。就能有效防止或減少早期裂縫的形成和延伸。避免因裂縫導(dǎo)致混凝土保護(hù)層、結(jié)構(gòu)性受到破壞，確保預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的抗?jié)B性、耐久性、安全性符合質(zhì)量及使用性能要求。

[1] 鄭寶堂 等 淺析預(yù)應(yīng)力先張法空心板裂縫產(chǎn)生原因[J].遼寧省交通高等專科學(xué)校 2004年3月.第1卷（1）

[2] 趙成泉 曲國(guó)慶 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的早期裂縫成因及對(duì)策[J]. 淄博學(xué)院學(xué)報(bào) 2001年6月.第3卷（2）