浅谈预应力混凝土空心梁板裂缝成因与控制

　　摘要：近年来，预应力混凝土空心梁板公路、市政桥梁及工业与民用建筑中得到广泛运用。但在预应力混凝土空心板梁施工过程中容易出现裂缝，给桥梁的使用寿命造成影响，同时带来安全隐患。本文对预应力空心板梁裂缝的成因进行分析，并且提出一些预防控制措施。
　　关键词：预应力空心板梁，裂缝，成因，控制
　　
　　近年来，预应力混凝土空心梁板公路、市政桥梁及工业与民用建筑中得到广泛运用。但在预应力混凝土空心板梁施工过程中容易出现裂缝，给桥梁的使用寿命造成影响，同时带来安全隐患。本文对预应力空心板梁裂缝的成因进行分析，并且提出一些预防控制措施。
　　一、预应力混凝土板梁裂缝成因分析
　　1、设计方面
　　（1）主要受力钢筋数量不足。设计或施工时预应力钢筋不足，钢索线形布置有误差，致使受拉区变形过大，混凝土拉应力超过其抗拉强度而产生裂缝。
　　（2）混凝土配比不合理。预应力板梁混凝土设计标号较高，20m跨径以上约为50号，10m、13m和16m跨径为40号较好。在混凝土配比设计时，一般施工人员偏于保守，水泥用量超过高限，特别是在新的混凝土评定标准提高后，其水泥用量较以前增加了5%左右，由于水泥用量的增加使混凝土凝结缩量大，造成表面产生裂缝。
　　2、施工方面
　　（1）水灰比过大。在拌制混凝土过程中，有的拌和设备计量不准，特别是用水量控制不准，随意性较大，由于水灰比过大而自下造成离析现象，其结果粗骨料沉于下部，多余水分上升，振捣后水泥浆上浮到板顶，从而使混凝土强度不均匀，下部分强度大，顶板强度低，混凝土强度较弱区往往是裂缝容易发生的部位。底板浮浆过多发生收缩现象较为明显，在每根箍筋处顶板横向裂缝隙较为严重。
　　（2）砂、石料含泥量超限。在施工过程中，有时砂、石料含泥量超限，这样它们与水泥之间的胶结力有所下降，造成混凝土的强度和抗渗性降低并且产生网状裂缝。
　　（3）混凝土的拌制方面的原因。混凝土拌和时间过短，会影响了混凝土的均匀性，造成坍落度偏大，和易性较差。混凝土的坍落度是混凝土施工检测手段之一，在施工过程中准确控制坍落度，可提高混凝土的内在强度及混凝土表面光洁度。在施工时如果忽略了高温下坍落度的损失量，会使混凝土和易性和粘性降低，造成混凝土离析，使混凝土构件表面出现蜂窝、麻面、露砂等缺陷，从而减弱混凝土内在强度。
　　（4）混凝土的浇注方面的原因。工地采用插入式振动器振密，振捣过程出现过振现象，致使混凝土表面粗细集料离析，靠近模板的混凝土表面细集料集中。
　　（5）内模胶囊上浮、胶囊漏气或抽拔过早。混凝土浇筑过程中，混凝土对胶囊有较大的浮力，如果胶囊固定不牢，就会发生胶囊上浮现象，造成顶板厚度减小，这种情况也极易造成裂缝。内模胶囊因为制造质量或在施工中有所损坏，造成在混凝土浇筑过程中漏气，气压下降。在混凝土几乎没有强度的情况下，如果发生漏气现象，顶板混凝土将发生下陷，造成难以补救的事故。抽拔胶囊的时间与养护温度和混凝土的质量有关，一般控制混凝土强度达到0.6～0.8MPa为宜。抽拔过早会出现“黏皮”现象，对混凝土质量有影响，当顶板厚度减少或是顶板浮浆过厚时，裂缝容易发生，这种原因出现的裂缝多为纵横裂缝。
　　（6）养护中温度控制不当。在桥梁施工中多采用洒水和薄膜两种养生方法。现场操作往往是等混凝土脱模后才开始养生，空心板顶面裸露在大气中，夏季最高气温达35°C，加快了水份的蒸发，致使表面干缩裂缝。
　　3、混凝土自身应力形成的裂缝
　　（1）收缩裂缝。混凝土凝固时，一些水份与水泥颗粒结合，使体积减少，称为凝缩。另一些水份蒸发，使体积减小，称为干缩，凝缩和于缩合称为收缩。混凝土的干燥过程是由表面逐步扩展到内部的，在混凝土内呈现含水梯度。因此产生表面收缩大，内部收缩小的不均匀收缩，致使表面混凝土承受拉力，内部混凝土承受压力。当表层混凝土所产生的拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。
　　（2）温度裂缝。混凝土受水泥水化放热、阳光照射、夜间降温等因素影响而出现冷热变化时，将发生收缩和膨胀，产生温度应力，温度应力超过混凝土抗拉强度时，即产生裂缝。可以初步推断是由于水化热过大引起的温度裂缝。由于水化热作用，便混凝土内部与外表面温差过大，这时内部混凝土受压应力，表面混凝土受拉应力。由于混凝土抗因虽度远大于抗拉强度，表面拉应力可能先达到并超过混凝土抗拉强度，而产生间距大致相等的直线裂缝(称温差裂缝)，该结构裂缝形态正是如此。
　　4、钢绞线放张时混凝土表面产生的裂缝
　　在浇筑后，养护时间还没到，造成梁顶部混凝土抗拉强度较低，还有是因为先张法钢筋放张时，放张设备砂箱里面砂紧密程度达不到要求，造成放张过快，太突然，顶部应力来不及重新分布，而造成产生裂缝。
　　二、裂缝的预防控制措施
　　1、设计方面
　　（1）设计中普通钢筋的合理配置。设计人员在结构计算之后详细检查细节设计，特别是力筋和钢筋布置必须符合合理的保护层和间距数值的要求，不要试图减薄腹板和板的厚度来节省材料。
　　（2）薄厚构件的连接设计。薄厚构件连接处设计时要尽可能使两构件厚度一致，同时还要合理配置连结钢筋，施工时尽量不要采用两次浇筑。
　　（3）合理进行混凝土配合比设计。在混凝土配合比设计中，不要为了提高保证率而过多地增加水泥用量，在满足混凝土坍落度要求的前提下，尽量采取可靠的减水剂，合理调整配合比，降低水泥与水的用量，以减少混凝土的凝结收缩量。
　　2、施工方面
　　（1）严格控制原材料。按照质量要求，严格进行选料，对不符合要求的砂、石料和水泥不许进场，对含泥量较大的骨料要用水冲洗，严禁使用过期和不同标号水泥，尽量采用发热量及收缩量较小的水泥。
　　（2）选择好的天气浇筑混凝土并应连续进行。注意天气预报，尽量选择较好的天气浇筑空心板，尽量避开下雨和温差较大的天气浇筑。在夏天浇筑混凝土不宜在白天进行，在冬季宜在温度较高的时间浇筑混凝土，并要采取冬季施工措施。严禁在浇筑空心板过程中间断施工，底板混凝土振平以后，应立即放内模并浇筑第二层混凝土，尽量缩短施工缝处上下两部分混凝土的施工时间差，确保混凝土浇筑的连续性。
　　（3）严格控制混凝土拌和质量。细致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加塑化剂和减少剂。混凝土拌和时间控制在2min，不能过短，也不能过长琐拌时间短混合料不均匀，时间过长，会破坏材料的结构。保证混凝土的均匀性，严格控制加水量，经常检测混凝土的坍落度，以保证混凝土具有良好的和易性。
　　（4）严格混凝土的浇注质量控制。混凝土浇注应选择一天中温度较低的时候进行，采用插人式振捣器振捣时，移动间距不应超过振捣器作用半径的l.5倍，对每-振捣部位必须振动到混凝土停止下沉，不在冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆，边振动边徐徐提出振动棒，避免过振，造成混凝土离析。
　　（5）严格检查胶囊漏气，防止胶囊上浮。充气胶囊在使用前应经过检查，不得漏气，有些空心板混凝土顶面裂缝就是由于混凝土在末达到2.5MPa时，芯模漏气，致使顶面混凝土开裂。因此，预制之前检查芯模是否完好格外重要。对使用的胶囊要经常打压检查，发现漏气者应及时修补。定位下料要准确，生根要牢固，一般因定在钢绞线上为好，防止胶囊上浮，出现顶板厚度小，最终引起早期裂缝。
　　（6）加强混凝土的养护。不论是收缩裂缝还是温度裂缝，混凝土的养护最为关键。等混凝土脱模之后才开始洒水养护的方法是错误的。混凝土浇注收浆完成后，尽快草帘覆盖和洒水养护，使混凝土表面始终保持在湿润状态，不允许混凝土在高温下裸露暴晒。由于水泥在水化过程申产生很大的热量，混凝土浇注完成后必须在侧模外喷水散热，以免混凝土由于温度过高，体积膨胀过大，在冷却后体积收缩过大产生裂缝，养护时间不少于两周。
　　（7）加强混凝土龄期及放张控制。严格做好空心板混凝土浇筑记录，浇筑一块记录一块，同步进行，并严格记录浇筑过程中发生的意外情况及处理措施，不容许漏记、补记。同时，做好混凝土试块，同条件养护，试块取样应能代表梁板的实际材料，多做儿组以备随时试验以指导施工，只有当硷强度达到设计要求的标准后才允许钢绞线放张，同时事先检验放张设备，不允许突然放张，无序放张。
　　（8）严格控制施工温度。可采用改善骨料级配，用干硬性混凝土；拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却来降低混凝土的浇筑温度；规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌和物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间；高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的温度。
　　（9）严格控制拆模时间。抽内模的时间要根据现场混凝土强度而定，最好通过试块来确定，严禁过早拆除内模、侧模，要待混凝土达到一定强度后，方可拆除。
　　（10）适时收浆二次抹平。混凝土在初凝前往往会出现裂缝，这时应及时收浆二次抹平，这样处理一是增加了混凝土表面的密度，二是使混凝土表面产生的裂缝愈合，这是消除早期裂缝最有效的措施。
　　三、结束语
　　预应力混凝土结构产生裂缝很常见，但可避免或减少，关键是在设计时，认真验算，合理不止构造钢筋或预应力筋，对易出现裂缝的部位，通过施工过程的严格控制，尽可能地避免开裂或减少裂缝的数量，减少裂缝的长度和宽度，通过对裂缝的妥善处理，控制裂缝的发展，使裂缝不至于对结构产生危害，保证结构的正常使用。