預(yù)應(yīng)力混凝土施加應(yīng)力前裂縫分析與防治

1、預(yù)應(yīng)力混凝土施加應(yīng)力前裂縫分析與防治摘要通過對開縣東河大橋淹沒復(fù)建工程三片后張預(yù)應(yīng)力混凝土t梁施加應(yīng)力前產(chǎn)生裂縫的原因分析、處理方案的確定及處理結(jié)果的驗(yàn)證，提出了預(yù)應(yīng)力混凝土施加應(yīng)力前收縮裂縫的防治措施。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土裂縫分析防治一、前言開縣東河大橋淹沒復(fù)建工程為8×40m的后張預(yù)應(yīng)力混凝土t梁構(gòu)造，以下是有關(guān)施工參數(shù)：結(jié)構(gòu)類型：8孔跨徑為40m預(yù)應(yīng)力混凝土t型簡支梁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度：40mpa混凝土配合比：水泥：砂：碎石：水：減水劑=1：1.21：2.57：0.39：0.01水泥用量：476kg/m3砂：開縣樂園產(chǎn)中粗砂水：東河河水減水劑：重慶久鑫混凝土外加劑廠生產(chǎn)jx

2、-nno型高效減水劑。二、裂縫的基本情況開縣東河大橋淹沒復(fù)建工程施工期間發(fā)現(xiàn)三片t梁先后出現(xiàn)裂縫。當(dāng)時(shí)正直五月下旬，施工現(xiàn)場的最高氣溫超過30。第一片t梁出現(xiàn)裂縫是在澆注成型拆模后約4天；第二片是在澆注拆模后三天；第三片是在澆注拆模后約20個(gè)小時(shí)就發(fā)現(xiàn)裂縫。三片t梁的裂縫位置都大致在梁體跨中5m范圍內(nèi)。裂縫形式為豎向裂縫,通過超聲波檢測裂縫寬度在0.1mm0.2mm，深度60-90mm。裂縫在梁體兩測大致對稱分布。如圖1：圖1裂縫形狀示意圖三、裂縫產(chǎn)生的原因分析：裂縫的出現(xiàn)引起了施工、監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位的高度重視，會(huì)同有關(guān)專家進(jìn)行了詳細(xì)的分析，分析結(jié)果定性為混凝土收縮裂縫。混凝土收縮分為凝縮和干縮

3、。混凝土凝固時(shí)，一些與水泥顆粒結(jié)合，使體積減少，稱為凝縮。另一些蒸發(fā)，使體積減小，稱為干縮。混凝土的干燥過程是從表面逐步擴(kuò)展到內(nèi)部的，在混凝土內(nèi)呈含水梯度。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)部承受壓力。當(dāng)表面混凝土所受的拉力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。確定裂縫類型之后，我項(xiàng)目部技術(shù)人員會(huì)同有關(guān)專家對施工過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，經(jīng)過多次分析論證從以下幾個(gè)方面找到了裂縫的產(chǎn)生的原因。1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素：經(jīng)過我方技術(shù)人員對設(shè)計(jì)圖紙的分析，原設(shè)計(jì)圖紙中梁體跨中20m范圍內(nèi)的水平構(gòu)造鋼筋配筋率為3，配筋率偏小，且分布間距偏大，梁端配筋率為6，混凝土收縮時(shí)所配鋼

4、筋不能完全消除混凝土的干縮變形所引起的內(nèi)部應(yīng)力時(shí)首先從薄弱部位開始出現(xiàn)裂縫。2、施工原材料：經(jīng)過對施工所采用的各種原材料進(jìn)行重新檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)存在以下不利因素:（2）碎石有石灰?guī)r碎石和河卵石碎石兩種，發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r碎石中的灰粉含量較大?；曳墼诨炷劣不Y(jié)時(shí)吸收水分，引起混凝土凝縮。（3）攪拌用水為東河河水，砂為開縣樂園產(chǎn)中粗砂；減水劑為重慶久鑫混凝土外加劑廠生產(chǎn)jx-nno型高效減水劑，以上材料經(jīng)檢驗(yàn)均合格。水泥用量偏大和碎石中灰粉含量超標(biāo)是形成裂縫的原因之一。3、混凝土自身應(yīng)力形成的裂縫：混凝土收縮分為凝縮和干縮?；炷恋母稍镞^程是從表面逐步擴(kuò)展到內(nèi)部的，在混凝土內(nèi)呈含水梯度。因此產(chǎn)生表面收縮大，

5、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)部承受壓力。當(dāng)表面混凝土所受的拉力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。4、模板及制梁臺座：制梁臺座由c25級混凝土澆注而成，經(jīng)過幾次使用之后，局部表面已非常不光滑，模擦系數(shù)增大，摩阻力也相應(yīng)增大,當(dāng)摩阻力超過混凝土本身承受的拉力時(shí),這個(gè)應(yīng)力集中點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。5、施工工藝：（1）混凝土的拌制：攪拌設(shè)備為500型強(qiáng)制式攪拌機(jī)，拌和時(shí)間為每盤料大約3分鐘，拌和時(shí)間適中，坍落度為9-13cm，拌和過程中有不均勻現(xiàn)象。存在水灰比過大的問題，水灰比過大，混凝土干縮量增大，易產(chǎn)生干縮裂縫。（2）混凝土澆注：澆注過程中采用插入式振搗器為主，附著式震動(dòng)器為輔（主

6、要在梁端10米處使用）。澆注過程出現(xiàn)過震現(xiàn)象,致使混凝土表面粗細(xì)骨料離析,靠近模板表面的混凝土細(xì)骨料集中。（3）混凝土養(yǎng)生：由于當(dāng)時(shí)白天氣溫大多超過30，最高氣溫達(dá)到35，梁體側(cè)面不易吸附水分，氣溫過高加快了梁體水分的蒸發(fā)，致使表面產(chǎn)生干縮裂縫。由以上分析可知：水平構(gòu)造鋼筋、施工原材料、混凝土自身應(yīng)力、模板及制梁臺座及施工工藝的缺陷都是混凝土收縮裂縫的形成原因。各種不利因素的疊加致使梁體產(chǎn)生收縮裂縫。四、裂縫的處理：收縮裂縫一旦產(chǎn)生，就會(huì)增加混凝土的滲透性，并使混凝土暴露于容易損傷環(huán)境的表面增加，使混凝土早期老化，裂縫的產(chǎn)生使混凝土滲水性增大，嚴(yán)重降低混凝土強(qiáng)度，從而影響其耐久性，縮短使用壽命

7、，所以必須進(jìn)行處理。1、畢可法（恒壓灌注法）灌注建筑膠畢可法灌注建筑膠是由日本建筑學(xué)者提出和推廣應(yīng)用的一項(xiàng)新型混凝土補(bǔ)強(qiáng)技術(shù),現(xiàn)在國內(nèi)建筑界已經(jīng)接受了這種補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。（1）施工工藝混凝土結(jié)構(gòu)若出現(xiàn)0.10.2mm的裂縫，就會(huì)對混凝土的受力結(jié)構(gòu)和內(nèi)部鋼筋產(chǎn)生一定的損害和破壞，混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范要求大于0.2mm的裂縫都必須進(jìn)行密封處理。由于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫一般都會(huì)呈現(xiàn)v性的形態(tài)，一般裂縫深度都較深，甚至貫穿整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)，特別是處于頂部和側(cè)面的混凝土裂縫密封處理不易達(dá)到灌注膠液密實(shí)的要求，畢可法灌注是采用多點(diǎn)同時(shí)低壓加壓灌注，加壓時(shí)間一般控制在10-20分鐘，由于采用了低壓多點(diǎn)的灌注方法，避免了膠液從v

8、形裂縫表層串漿，加強(qiáng)了膠液向混凝土深層移動(dòng)，并能保證膠液有足夠的浸潤時(shí)間。因此，恒壓灌注法是一種灌注效果能夠保證密封處理效果的灌注方法，也是國外現(xiàn)行的最先進(jìn)的混凝土灌注方法。（2）材料特性：密封材料特性：快速、密封性好、有一定的力學(xué)強(qiáng)度。使用a-64快固高強(qiáng)膠粘劑，壓縮強(qiáng)度60mpa，剪切強(qiáng)度3.5mpa（砼破壞），16mpa（鋼?鋼）。灌注材料特性：粘度小，可灌性強(qiáng)，較高的力學(xué)性能，一定的韌性。使用專用a71-1砼裂縫專用灌注膠，粘度200-400mpa.s，25時(shí)，壓縮強(qiáng)度60mpa，剪切強(qiáng)度15mpa，與混凝土粘接力4mpa（砼破壞），斷裂伸長率5-10%。（3）灌注設(shè)備：專用配套恒壓灌

9、注法裝備，包括注膠嘴、堵頭、連接器、膠囊及注射器等。（4）裂縫灌膠：裂縫灌膠分以下五步進(jìn)行。第一步表面處理，用角磨機(jī)、鑿子、砂紙沿裂縫方向除去表面油污，浮漿等雜物。第二步布設(shè)注膠嘴：根據(jù)裂縫情況，用a-64膠布設(shè)注膠嘴，每米約34個(gè)。第三步裂縫密封：用a-64膠沿裂縫方向?qū)α芽p進(jìn)行密封，保證在灌膠時(shí)不漏漿。第四步恒壓灌注：用恒壓灌注器進(jìn)行灌膠，保證灌膠時(shí)間一般大于10分鐘，使裂縫完全封閉。第五步后處理：除去注膠嘴，磨平，盡量使裂縫表面與混凝土外觀保持顏色一致。2、裂縫表面貼碳纖維第一步表面處理，用角磨機(jī)、鑿子、砂紙沿裂縫方向兩側(cè)各大于50cm范圍內(nèi)除去表面油污，浮漿等雜物，表面清理干凈并有一定

10、粗糙度。第二步涂刷底層灌注膠，要求涂刷均勻。第三步粘貼碳纖維，將碳纖維粘貼在處理好的裂縫表面。第四步美化處理，在碳纖維表面用白水泥或其他材料修面，使之與梁體顏色盡量一致，以保持梁體外表的美觀度。3、處理結(jié)果驗(yàn)證?單梁荷載試驗(yàn)處理結(jié)束后5-7天進(jìn)行了張拉，在張拉過程中未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。委托重慶公路工程檢測中心對三片t梁其中裂縫最嚴(yán)重的一片進(jìn)行了單梁荷載試驗(yàn)。大橋設(shè)計(jì)荷載：汽超?20級，掛車?120，人群：3.5kn/?。（1）檢驗(yàn)項(xiàng)目：單梁荷載試驗(yàn)包括t梁的強(qiáng)度、剛度和抗裂性三項(xiàng)。（2）應(yīng)力測點(diǎn)與撓度測點(diǎn)布置應(yīng)力測點(diǎn)分別布置于預(yù)應(yīng)力t梁跨中截面和l/4截面，在t梁腹板上布置2個(gè)測點(diǎn)，下緣設(shè)置1個(gè)測

11、點(diǎn)，共計(jì)6個(gè)測點(diǎn)。如圖2圖2應(yīng)力測點(diǎn)與撓度測點(diǎn)布置圖撓度測點(diǎn)分別布置于預(yù)應(yīng)力t梁跨中截面和l/4截面的下緣，采用電測百分表進(jìn)行豎向變形觀測。為消除支座變形的影響，試驗(yàn)時(shí)還在支座處設(shè)置了觀測點(diǎn)，通過百分表測試其壓縮變形。（3）試驗(yàn)荷載與工況本次檢驗(yàn)對單片t梁跨中截面采用三點(diǎn)加載試驗(yàn)的方法。試驗(yàn)荷載確定按照現(xiàn)澆混凝土、二期恒載、活載（汽車+人群）在跨中截面作用彎矩與加載重物在跨中截面產(chǎn)生彎矩等效的原則，本次采用鋼軌及預(yù)制人行道板等加載，試驗(yàn)荷載總重量約為56.62噸（見圖3）。共分6級加載（見表1）。圖3三點(diǎn)集中加載示意圖加載間距為跨中至兩測個(gè)4米，懸臂部分各為2米。每級加載完畢后，持續(xù)10分鐘，

12、穩(wěn)定后讀數(shù)。卸載完畢10分鐘后，記錄殘余讀數(shù)。表1荷載分級荷載重量（t）跨中截面產(chǎn)生彎矩（kn?m）跨中截面設(shè)計(jì)彎矩（kn?m）效率系數(shù)（4）試驗(yàn)儀器：本次試驗(yàn)儀器有靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀ucam?1a；接點(diǎn)掃描箱usb?50；電測式百分表；刻度放大鏡wysx?40x。（5）試驗(yàn)結(jié)果與分析：跨中截面各級荷載作用下，所測得的跨中截面及l(fā)/4截面應(yīng)力觀測結(jié)果列于表2、表3中；撓度觀測結(jié)果列于表4、表5中。表2跨中截面應(yīng)力觀測結(jié)果單位：mpa荷載分級各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)力各測點(diǎn)理論計(jì)算值校驗(yàn)系數(shù)123123123表3l/4截面應(yīng)力觀測結(jié)果單位：mpa荷載分級各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)力各測點(diǎn)理論計(jì)算值校驗(yàn)系數(shù)12312312

13、3表4跨中截面應(yīng)力觀測結(jié)果單位：mm荷載分級觀測讀數(shù)理論讀數(shù)校驗(yàn)系數(shù)初始00/殘余3.480/表5l/4截面撓度觀測結(jié)果單位：mm荷載分級觀測讀數(shù)理論讀數(shù)校驗(yàn)系數(shù)初始00/卸載0.950/表中應(yīng)力符號拉為“+”，壓為“-”；撓度符號向下為“+”，向上為“-”。在整個(gè)靜荷載試驗(yàn)過程中，未發(fā)現(xiàn)受檢t梁出現(xiàn)新的受力裂縫，原有裂縫經(jīng)灌膠處理并粘貼了炭纖維后，試驗(yàn)過程中也未發(fā)現(xiàn)再開裂現(xiàn)象。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，測點(diǎn)2由于距中性軸較近，所測得的數(shù)據(jù)較小，相對誤差較大，但總體趨勢與其它兩測點(diǎn)一樣，仍然較理想，同理論計(jì)算值有明顯的對應(yīng)關(guān)系。其中測點(diǎn)1和測點(diǎn)3應(yīng)力實(shí)測值均小于對應(yīng)工況的理論計(jì)算值，其中跨中截面

14、應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)達(dá)到了0.620.84，l/4截面應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)達(dá)到了0.110.98。所測得的撓度值無論是跨中截面還是l/4截面，均小于理論計(jì)算值，校驗(yàn)系數(shù)在0.420.85之間，相對殘余撓度較?。缰校?.48/27.12=12.8%；l/4：0.95/17.73=5.4%），滿足“試驗(yàn)方法”中小于20%的要求。由此表明試驗(yàn)結(jié)果是滿意的，受檢t梁受力性能較好，處于良好的彈性工作階段，其強(qiáng)度、剛度和抗裂性能均滿足設(shè)計(jì)荷載下的使用要求。（6）檢驗(yàn)結(jié)論：本次荷載試驗(yàn)，最大效率系數(shù)達(dá)到了0.96，滿足“試驗(yàn)方法”中對荷載效率系數(shù)在0.801的要求，可以對受檢t梁的工作性能作出評價(jià)。根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，受檢的t

15、梁在試驗(yàn)荷載作用下，具有較好的彈性工作性能，其強(qiáng)度、變形剛度和抗裂性能均滿足設(shè)計(jì)荷載作用下的使用要求。五、裂縫的預(yù)防：1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面：混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)構(gòu)造鋼筋必須滿足規(guī)范要求的最小配筋率，所使用的構(gòu)造鋼筋盡量采用小截面，小間距分布的形式。以避免混凝土局部收縮所引起的應(yīng)力集中。2、原材料方面：混凝土在硬化過程中，水泥水化放熱，從而使混凝土的溫度收縮應(yīng)力增大。所以，應(yīng)在不影響強(qiáng)度和施工進(jìn)度的情況下盡量采用低水化熱水泥。水泥用量方面在不影響混凝土強(qiáng)度的前提下可減少15%的水泥用量，同時(shí)增加粗骨料，以補(bǔ)充減少水泥的體積。根據(jù)個(gè)混凝土強(qiáng)度級別不同，規(guī)范對砂、碎石、施工用水的含泥量、碎石中的灰粉量的要求

16、都有所不同。總之，所有材料都應(yīng)嚴(yán)格控制在規(guī)范要求以內(nèi)。3、混凝土配合比設(shè)計(jì)方面：在配制混凝土施工配合比過程中，在滿足混凝土強(qiáng)度的前提下，減小水泥用量。滿足施工要求的情況下采用最小水灰比。4、混凝土施工過程控制：（1）混凝土的拌制：每盤混凝土的拌和時(shí)間應(yīng)控制在23分鐘左右，攪拌時(shí)間不宜過長也不能過短，過短攪拌不均勻，過長會(huì)破壞材料結(jié)構(gòu)；混凝土澆注過程中多做幾次坍落度實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格控制施工水灰比。（2）混凝土澆注：澆注過程中采用插入式振搗器為主，附著式震動(dòng)器為輔（主要在梁端10米處使用）。附著式震動(dòng)器應(yīng)采用間歇式震動(dòng)，每次開啟的時(shí)間大約為30秒左右，以避免澆注過程出現(xiàn)過震現(xiàn)象，以使混凝土產(chǎn)生離析。插入

17、式振搗器的振搗間距應(yīng)不大于插入式振搗器的振搗半徑1.5倍，以避免澆注過程出現(xiàn)漏震現(xiàn)象。（3）混凝土養(yǎng)生：當(dāng)施工氣溫大超過30，梁體水分的蒸發(fā)非?？欤伊后w側(cè)面不易吸附水分，如果梁體表面的水分被蒸發(fā)，梁體表面的混凝土要進(jìn)行水泥的水化和硬化反應(yīng)，就會(huì)吸取梁體內(nèi)部的水分，從而加快混凝土的干縮。要使梁體有足夠的水分進(jìn)行水泥的水化和硬化反應(yīng)，就必須即時(shí)對預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行灑水養(yǎng)生。規(guī)范要求灑水養(yǎng)生的間隔時(shí)間最小為2小時(shí)，必要時(shí)可減為1.5小時(shí)一次。夏季施工時(shí)，若混凝土在澆注完畢，拆模以前氣溫超過30時(shí)，在澆注完畢12小時(shí)后可在模板外層進(jìn)行灑水降溫。以避免由于內(nèi)部溫度過高，體積膨脹過大，在冷卻后體積收縮過大而產(chǎn)生收縮裂縫。養(yǎng)生時(shí)間要保持到施加預(yù)應(yīng)力之后。5、模板設(shè)計(jì)及臺座制作方面：側(cè)模：根據(jù)梁體結(jié)構(gòu)