预应力箱梁混凝土裂缝综合控制技术

【摘 要】从材料选择、配合比设计、施工方法、施工时段的选择和测温养护等多方面采取综合措施,有效控制预应力混凝土裂缝的产生.

【关 键 词 】预应力混凝土;裂缝控制

由于预应力箱梁整体性好、跨越能力强、施工费用少等优点,使其在大型桥梁中得到广泛应用,但随着大跨度箱梁桥的不断发展,预应力箱梁混凝土裂缝也成为预应力混凝土箱梁桥的常见病害.施工技术、施工工艺的日趋成熟和完善,为其进一步发展奠定了良好基础.但在施工中,由于设计外形、施工操作、施工工艺、养护、外部环境等因素的影响,预应力混凝土会产生不同程度的裂缝,微裂缝是允许的,而贯通性、深度裂缝是必须控制和避免的,它对结构有时会产生破坏性影响.

一、预应力混凝土产生裂缝的原因

1.水泥水化热引起的温度应力和温度变形

预应力混凝土一般采用的高标号PO42.5以上普通水泥,每方掺量420~540kg,水灰比0.33,砂率35%.水泥在水化过程中产生大量的热量,会使混凝土内部温度升高60度左右.它在浇筑1~3天放出的热量是总热量的50%.最高温度多发生在浇筑后的3~5天,当混凝土内外温差过大时,就会产生温度应力和变形.温度应力与结构有关,在一定范围内,混凝土结构尺寸越大,温度应力也越大,引起裂缝的可能性也越大.

2.内外约束条件的影响

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混凝土内部由于水泥水化热中心温度高,热膨胀大,因而在中心产生压应力,在表面产生拉应力.当拉应力超过混凝土的抗拉强度和钢筋的约束作用时,就会产生裂缝.

3.浇筑时外界气温的影响

混凝土浇筑温度与外界气温有直接关系.外界气温越高,混凝土的浇筑温度也越高.当气温下降,特别是骤降时,会加大内外温差和温度应力,从而产生裂缝.

4.混凝土的收缩变形

(1)塑性收缩裂缝发生在混凝土硬化前的塑性状态,主要是上部混凝土的均匀沉降受到限制,其水平方向的减缩比垂直方向更难时,就会产生不规则的深裂缝.


(2)体积变形

截面较大的构件在混凝土硬化的过程中,其体积收缩量也大,产生轴向拉应力,在结构体系的约束下形成凝缩裂缝.

(3)干燥收缩变形

混凝土拌和物中的80%水分要蒸发掉,其余20%的水分是水泥硬化所必须的.表面干燥收缩快,中心慢.由于表面干缩受到中心混凝土的约束,表面产生拉应力而出现裂缝.

(4)混凝土的匀质性的影响

混凝土在拌和或浇筑时,由于塌落度、外加剂、石子粒径与品种,以及振捣的密实度不同都会影响混凝土的匀质性,造成弹性模量部均匀,在收缩过程中导致应力集中,引起裂缝.

5.模板支撑体系的影响

模板支撑体系地基不牢、过早拆除支撑或模板都会引起大梁承载能力不足而出现结构性裂缝.

6. 由预应力张拉工艺而引起裂缝

由于锚固区局部受压过大,在该区局部及边缘产生剪、拉应力,使梁端非预应力区产生拉剪裂缝.

由于预应力张拉后,在应力传递或次应力作用下产生张拉端边梁及板面上出现裂缝.

二、控制裂缝的技术措施

1.优化施工工艺:施工过程中严格控制混凝土塌落度及浇灌质量,并进行水化热温度监测.

(1)对于预应力混凝土构件采取分层、分块、分段浇筑,如:箱梁的浇筑一般采用底板、腹板、顶板分三层浇筑,T梁采用从一端或两端分层浇筑.

(2)掌握天气变化情况并采取养护措施.混凝土施工夏季尽量避开高温阶段,将浇注时间放在下午或夜间,初凝后立即覆盖塑料薄膜,拆模后盖一层麻袋,洒水保持湿润;冬季施工尽量避开夜晚,气温5度以上,初凝后立即采用蒸汽配合帆布棚保温.养护时间不少于7天.

2.改进振捣技术

(1)确定浇注、振捣流程,科学合理地制定浇注振捣方案,现场人员合理分工,混凝土要按进度及时供料.

(2)改进振捣技术:浇注后的混凝土终凝前给予二次振捣.由于二次振捣最佳时间与水泥品种、水灰比、塌落度、气温和振捣条件有关,结合具体情况,采用无接缝分层连续二次振捣法.

(3)表面处理:混凝土浇注2H后用刮尺将其表面刮平.初凝前用铁滚筒来回碾压数遍,用木蟹打磨,待混凝土收水后,再次用木蟹搓平,闭合收水裂缝,终凝后立即养护.

3.加固支撑体系、推迟拆模时间

在浇筑混凝土前应全面检查和加固支撑体系,以确保支撑体系牢固可靠.为减少模板对梁的约束,防止预应力损失,大梁侧模拆除应按规范规定执行,并尽可能推迟.

4.保证箍筋外保护层厚度

对较粗直径的箍筋而言,应保证箍筋外混凝土不少于15㎜,来确定主筋保护层,增加箍筋外混凝土抗裂能力.

5.禁止张拉一结束就进行钢绞线的切割施工作业,禁止立即在梁体上施加荷载.

因为张拉结束后,预应力并没有停止工作,甚至仍然继续在增长,因此除了在张拉操作中,必须严格按照张拉顺序及张拉力伸长量来控制之外,还应在张拉结束后,继续观察具体变化,禁止立即切断钢绞线,禁止立即在梁体上施加荷载.

三、结束语

通过通过南水北调潮桥一标的实施,无论是箱梁或是空心板梁的预制生产,混凝土构件总体完好,表面无贯通性裂缝,蜂窝、麻面较小.如果掺加减水剂、粉煤灰等外加剂,不但减少水泥用量,降低造价,而且使构件基本消除微裂缝,外观更加光滑、美观.