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淺析先張法預(yù)應(yīng)力空心板裂縫產(chǎn)生原因及處理措施 |
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時(shí)間日期：2008-5-21 已被閱讀次：[10263] |
廣東省佛山公路工程有限公司 胡偉杰 冼波業(yè)
[摘 要] 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板在施工過(guò)程中，易產(chǎn)生裂縫。影響因素有：溫度應(yīng)力，
原材料質(zhì)量，施工工藝流程等。針對(duì)裂縫的產(chǎn)生原因必須加強(qiáng)施工過(guò)程中關(guān)鍵工
序的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。本文對(duì)消除混凝土的表面裂縫提出原因分析與處理措施。
[關(guān)鍵詞] 先張法 預(yù)應(yīng)力 空心板 裂縫 原因 處理
一、引言
在普惠高速公路施工中，空心板預(yù)制場(chǎng)出現(xiàn)了16米預(yù)應(yīng)力混凝土空心板產(chǎn)生豎向裂縫的
現(xiàn)象。此事引起了項(xiàng)目部的高度重視。對(duì)預(yù)制場(chǎng)預(yù)制的全過(guò)程進(jìn)行了調(diào)查分析，查閱了有關(guān)
試驗(yàn)資料，對(duì)施工工藝做了詳細(xì)了解，找出了產(chǎn)生裂縫的原因。提出了改進(jìn)措施，使預(yù)應(yīng)力
混凝土空心板表面裂縫得到了控制，快速有效地防止了空心板混凝土表面裂縫的再次發(fā)生。
二、 工程概述
廣東省普惠高速公路東起普寧市烏石，西至惠來(lái)縣東港，與深汕高速公路相接，全長(zhǎng)41
公里。全線(xiàn)路基分十一個(gè)合同段，將各路基合同段的12.46m、13m、16m、20m預(yù)應(yīng)力空心板
單獨(dú)抽出，形成一個(gè)空心板合同段，即空心板預(yù)制場(chǎng)標(biāo)段。該預(yù)制場(chǎng)預(yù)制空心板的數(shù)量2558
片，其中12.46m 先張法空心板126片，13m先張法空心板144片，16m先張法空心板2087片，2
0m后張法空心板201片，工程量4300萬(wàn)。以16m先張法空心板為主要生產(chǎn)任務(wù)。預(yù)應(yīng)力空心板
是橋梁工程的主要受力結(jié)構(gòu)，保證混凝土的預(yù)制質(zhì)量至關(guān)重要，下面是16米預(yù)應(yīng)力空心板施
工的有關(guān)參數(shù)。
結(jié)構(gòu)類(lèi)型：跨徑16m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。
混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度：C40
混凝土配合比：水泥∶砂∶碎石∶水∶減水=1∶1.41∶2.02∶0.38∶0.005
水泥用量：500kg/m3
水泥類(lèi)型：粵秀P.Ⅱ42.5R
砼坍落度：80 ～ 120mm
細(xì)骨料：惠來(lái)東港砂場(chǎng)（Ⅱ區(qū)級(jí)配）河砂。
粗骨料：普寧池尾石場(chǎng)（0.5－31.5mm）花崗巖碎石。
水：機(jī)井水。
減水劑：湛江產(chǎn)FDN－5型高效減水劑。
鋼筋：廣鋼產(chǎn)線(xiàn)材，質(zhì)量檢驗(yàn)合格
鋼絞線(xiàn)：江西新余產(chǎn)，質(zhì)量檢驗(yàn)合格
三、 裂縫的產(chǎn)生
空心板在混凝土澆筑完成拆模后，沿連接筋豎向產(chǎn)生長(zhǎng)度50～150mm,寬度為0.02～0.08
mm的裂縫，頂面也出現(xiàn)50～100mm，寬度為0.02～0.12mm的裂縫。鑿開(kāi)混凝土裂縫發(fā)現(xiàn)，裂
縫深度在0～5 mm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(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)放張后，混凝土頂面受拉，致使裂縫長(zhǎng)度、寬度和深度增長(zhǎng)的可能。為此，
分析裂縫產(chǎn)生的原因和改進(jìn)措施是完全必要的�；炷亮芽p在澆筑后第一個(gè)24h內(nèi)產(chǎn)生，這
時(shí)混凝土最敏感易產(chǎn)生收縮裂縫。早期裂縫一旦發(fā)生，會(huì)增加混凝土的滲透性， 裂縫的產(chǎn)
生使混凝土滲水性增大，會(huì)引起鋼筋的銹蝕，從而影響其耐久性。并縮短其使用壽命。
四、 分析裂縫產(chǎn)生的原因
鑒于預(yù)應(yīng)力混凝土空心板產(chǎn)生裂縫，項(xiàng)目部組織技術(shù)專(zhuān)家組立即對(duì)施工中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)
行了分析：
1、原材料因素
混凝土配合比水泥采用粵秀P.Ⅱ 42.5R，經(jīng)檢驗(yàn)符合規(guī)范要求。水泥用量：500kg/m3.
，屬于高臨界用量。這樣在混凝土生成過(guò)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。該配合比因采用高標(biāo)號(hào)水泥且用量大
，這樣在混凝土硬化過(guò)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。由于該混凝土中
水泥用量約是普通混凝土的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；碎石采用普寧池尾石場(chǎng)碎石，級(jí)配符合規(guī)范要求，壓碎指標(biāo)值8.3％<12％(規(guī)范值)，含
泥量0.7％不符合規(guī)范要求；砂采用惠來(lái)東港中砂，含泥量4.2％>3％(規(guī)范值),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；鋼筋與鋼絞線(xiàn)經(jīng)檢驗(yàn)均符合規(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(guò)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、 施工工藝因素
�。�1）、混凝土的拌制。拌和設(shè)備是山東建筑機(jī)械廠(chǎng)JS500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(guò)短，從而影響混凝土的均勻性，測(cè)其坍落度為160，判定水灰
比與設(shè)計(jì)配合比數(shù)值不符。水灰比過(guò)大，混凝土干縮量加大，產(chǎn)生干縮裂縫。
（2）、混凝土的出機(jī)溫度和澆筑入模溫度，混凝土由料斗裝載，通過(guò)砼軌道運(yùn)輸車(chē)運(yùn)
輸，用小龍門(mén)吊移動(dòng)及入模振搗。由于澆注混凝土是在中午進(jìn)行，施工現(xiàn)場(chǎng)氣溫較高。
�。�3）、混凝土澆注。澆注速度20m3／h，，澆注速度快。人工操作插式振動(dòng)棒振搗，振
搗過(guò)程出現(xiàn)過(guò)振現(xiàn)象，混凝土澆注時(shí)的傾落高度過(guò)高。致使混凝土表面粗細(xì)集料離析，靠近
模板混凝土表面細(xì)集料集中，澆筑后面板過(guò)早收漿抹面。
（4）、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(guò)設(shè)計(jì)值
，造成臺(tái)座形位移，假如澆注完混凝土后，臺(tái)座底座不牢，沉降不均勻會(huì)造成混凝土表面就
會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫。經(jīng)檢查，設(shè)備符合要求，臺(tái)座地基滿(mǎn)足要求，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)臺(tái)座變形、位移、
下沉現(xiàn)象。
3、 混凝土養(yǎng)護(hù)因素
混凝土養(yǎng)生�，F(xiàn)場(chǎng)操作往往是等現(xiàn)場(chǎng)所有空心板澆筑完成后開(kāi)始養(yǎng)生，期間空心板頂面
裸露在大氣中，夏季最高氣溫達(dá)35℃，加快了水份的蒸發(fā)。側(cè)板及內(nèi)腔在拆模前得不到應(yīng)有
的養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)人員及養(yǎng)護(hù)材料數(shù)量不足，責(zé)任不明確。
4、混凝土自身應(yīng)力形成的裂縫。
�。�1）、收縮裂縫�；炷聊虝r(shí)，一些水份與水泥顆粒結(jié)合，使體積減少，稱(chēng)為凝縮
。另一些水份蒸發(fā)，使體積減小，稱(chēng)為干縮，凝縮和干縮合稱(chēng)為收縮�；炷恋母稍镞^(guò)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(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。
�。�2）、溫度裂縫：混凝土受水泥水化放熱、陽(yáng)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(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生裂
縫�？梢猿醪酵茢嗍怯捎谒療徇^(guò)大引起的溫度裂縫�？招陌逅捎玫幕浶鉖.Ⅱ42.5R的比
表面積在（380m2～390m2）之間，所以水泥的細(xì)度、活性較好，水化反應(yīng)活躍，水化熱較其
他水泥早出現(xiàn)。由于水化熱作用，使混凝土內(nèi)部與外表面溫差過(guò)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(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度，而產(chǎn)生間距大致相等的直線(xiàn)裂縫（稱(chēng)溫差裂縫），該結(jié)構(gòu)裂縫形態(tài)正
是如此。
五、 裂縫的處理措施
1、 嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān)。進(jìn)場(chǎng)材料必須經(jīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)后方能使用。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)大于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)。
2、 混凝土拌和：在原材料不變動(dòng)的前提下細(xì)致分析調(diào)整混凝土集料的配比：
水泥∶砂∶碎石∶水∶減水劑=1∶170∶2.35∶0.35∶0.005
水泥用量：438kg/m3 坍落度：80 ～ 100mm
對(duì)混凝土使用高標(biāo)號(hào)水泥，減少水泥用量，控制混凝土的水灰比，減少混凝土的坍落度
，合理?yè)郊訙p水劑�；炷涟韬蜁r(shí)間控制在3min，不能過(guò)短，也不能過(guò)長(zhǎng)。攪拌時(shí)間短混合
料不均勻。為保證混凝土的均勻性，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣候情況和材料現(xiàn)狀，每天早中晚、雨后都
要對(duì)砂石材料抽樣檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，及時(shí)調(diào)整配合比，嚴(yán)格控制加水量，經(jīng)常檢測(cè)混凝
土的坍落度，以保證混凝土具有良好的和易性。
3、 混凝土的澆注：改變混凝土澆注時(shí)間，選擇一天中溫度較低的早、晚時(shí)間澆注。降
低混凝土的入模溫度。確保入模溫度控制在30℃以?xún)?nèi)。采用降溫、緩凝等措施降低水化熱引
起的溫度上升，將混凝土內(nèi)的溫度控制在50℃以?xún)?nèi)。澆注時(shí)混凝土澆注時(shí)的傾落高度控制在
2m以?xún)?nèi)，均勻出料、均勻放料，不能堆積成堆，以免發(fā)生離析現(xiàn)象。合理安排施工速度，底
板、頂板澆筑速度可適當(dāng)加快，而側(cè)板澆注速度不易過(guò)快。一般控制在15m3／h采用插入式
振搗器振搗時(shí)，移動(dòng)間距不應(yīng)超過(guò)振搗器作用半徑的1.5倍，分層振搗，每層厚30cm，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，現(xiàn)場(chǎng)振搗按部位責(zé)任到人，避免過(guò)振，造成混凝土離析。在面板抹面收漿30
min后用竹掃進(jìn)行二次收漿拉毛把表面剛出現(xiàn)的微小收縮裂縫消除。
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(kāi)始灑水養(yǎng)護(hù)的方法是錯(cuò)誤的。改變了混凝土養(yǎng)護(hù)方法，安排專(zhuān)人不間斷向鋼側(cè)模
外立面噴水散熱降溫。由于水泥在水化過(guò)程中產(chǎn)生很大的熱量，在澆注過(guò)程噴水散熱，能避
免混凝土由于溫度過(guò)高，體積膨脹過(guò)大，在冷卻后體積收縮過(guò)大產(chǎn)生裂縫。頂板在最后一道
收漿后，用麻袋覆蓋后灑水養(yǎng)護(hù)。使混凝土表面始終保持在濕潤(rùn)狀態(tài)，梁板內(nèi)腔在兩頭砌磚
到倒角位置高，然后掛上草簾密蓋后灌水養(yǎng)護(hù)。不允許混凝土在高溫下裸露暴曬。養(yǎng)護(hù)時(shí)間
不少于兩周。
六、 其他應(yīng)注意事項(xiàng)
�。�1）、模板：預(yù)制空心板的芯模固定不牢，混凝土振搗時(shí)因擠壓力的作用使芯模上浮
，造成空心板底面超厚，頂板厚度不足，充氣膠囊在使用前應(yīng)經(jīng)過(guò)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(kāi)裂。
因此，預(yù)制之前檢查芯模是否完好格外重要。采用充氣膠囊作空心板芯模的空心板雖裝脫模
較方便，但膠囊固牢難度大，加之膠囊本身材質(zhì)問(wèn)題、上浮和局部鼓包的現(xiàn)象更易發(fā)生，所
以除12.46m、13m空心板采用膠囊芯模外。16m空心板全部采用的鋼模板作芯模以保證結(jié)構(gòu)尺
寸和以利散熱。減少裂縫發(fā)生的幾率。
�。�2）、鋼絞線(xiàn)的放張：按設(shè)計(jì)要求混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的80％后才能放張
，采用千斤頂先張后松并配合拆楔放松法。先采用兩個(gè)250噸千斤頂將橫梁向預(yù)制梁的縱向
頂移5mm，取出橫梁前楔塊后千斤頂回油鋼絞線(xiàn)便慢慢放松。當(dāng)放松位移達(dá)到150mm時(shí)，采用
砂輪鋸按順序切割鋼絞線(xiàn)，割線(xiàn)順序縱向由臺(tái)座跨中向兩端分割，橫向由兩側(cè)向中間對(duì)稱(chēng)割
線(xiàn)，以保證每次割線(xiàn)對(duì)梁體只產(chǎn)生最小側(cè)向彎矩。每一輪割線(xiàn)縱向?qū)⑼桓摻g線(xiàn)在所有梁
兩端同時(shí)割斷。避免劇烈的位移產(chǎn)生的裂縫。
�。�3）、最后注意的是移梁和存梁：用龍門(mén)吊移梁存梁起吊時(shí)，吊起20～30cm后，要檢
查各部位有無(wú)不正常變化，確認(rèn)情況良好且無(wú)障礙物、掛拌物后，方可繼續(xù)提升，前后高差
不得超過(guò)2％。存梁按編號(hào)有規(guī)劃地存放，以方便架梁時(shí)取梁。梁體的存放高度最大不超過(guò)3
米，在梁的兩頭設(shè)置牢固的存放支座，使梁處在簡(jiǎn)支狀態(tài)下存放，不得將梁直接放在地上，
以免地面不平引起梁片上部受拉而使梁上部產(chǎn)生裂縫甚至斷裂。
七、 結(jié)束語(yǔ)
事實(shí)表明，由于采取以上了有效處理措施，加強(qiáng)了各個(gè)環(huán)節(jié)的控制與管理，消除了空心
板表面裂縫產(chǎn)生。普惠高速公路全線(xiàn)在后來(lái)施工的近二千塊板梁中再未出現(xiàn)裂縫，施工進(jìn)展
順利。正式投入使用以來(lái)，運(yùn)行情況良好。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(guò)程前，一定要制定出合理的施工工藝流程，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)；在施工實(shí)踐中，要根據(jù)工程所處的環(huán)境條件，嚴(yán)格按規(guī)范要求檢
測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)異常，認(rèn)真分析每一個(gè)影響因素，及時(shí)找出問(wèn)題產(chǎn)生的原因。采取相應(yīng)的
對(duì)策和措施加以解決以確�；炷量招陌宓念A(yù)制質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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