小議預(yù)應(yīng)力空心板的設(shè)計(jì)及其裂縫的防治

王佳音

摘要：隨著工藝進(jìn)步，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板在橋梁工程中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但在施工過(guò)程中，易產(chǎn)生裂縫。影響因素有溫度應(yīng)力、施工工藝等。加強(qiáng)工序管理，特別是混凝土養(yǎng)護(hù)，對(duì)消除混凝土表面裂縫尤為關(guān)鍵。本文簡(jiǎn)要的闡述了預(yù)應(yīng)力空心板的設(shè)計(jì)方式，在此基礎(chǔ)上還分析了裂縫產(chǎn)生的原因，并提出了幾點(diǎn)具體的防治措施。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力空心板設(shè)計(jì)裂縫防治

0引言

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，施工工藝等。加強(qiáng)施工過(guò)程主要工序的管理，特別是混凝土的養(yǎng)護(hù)對(duì)消除混凝土的表面裂縫尤為關(guān)鍵。

1預(yù)應(yīng)力空心板設(shè)計(jì)

1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板長(zhǎng)2996cm，高125cm，每塊板寬99cm，腹板寬18cm，底板、頂板厚12cm，斷面挖空率為50.6％。

1.2結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算把板梁劃分為30個(gè)單元，每個(gè)載面分別編號(hào)為1，2，3……31。通過(guò)橋梁電算程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移計(jì)算。

1.3預(yù)應(yīng)力配束預(yù)應(yīng)力束設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度R=1860MPa的高強(qiáng)度低松弛的鋼鉸線，預(yù)埋波紋管成孔。每束鋼鉸線張拉控制應(yīng)力為0.75Ryb，采用應(yīng)力應(yīng)變雙控，兩端張拉。每塊板配有4φ15.24鋼鉸線4束，5φj15.24鋼鉸線2束，對(duì)稱(chēng)布置在兩側(cè)腹板上。后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板跨徑大，施工技術(shù)要求高，為檢驗(yàn)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，確保安全使用，并準(zhǔn)確掌握空心板的承載能力和變形情況，為工程竣工驗(yàn)收提供數(shù)據(jù)和積累資料，進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力混凝土空心板單梁靜載試驗(yàn)。

2裂縫產(chǎn)生的原因分析

以某橋梁工程為例，對(duì)其裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了以下分析。

2.1原材料因素水泥采用賽馬P.042.5R，經(jīng)檢驗(yàn)符合規(guī)范要求，水泥用量：500kg／m³。

高強(qiáng)混凝土由于其水泥用量大多在(450～600kg／m³)，是普通混凝土的1.5～2倍。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。

高強(qiáng)混凝土因采用高標(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。由于高強(qiáng)混凝土中水泥石含量是普通混凝土的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。

碎石采用小洪溝料場(chǎng)碎石，級(jí)配符合規(guī)范要求，壓碎值8.3％<12％(規(guī)范指標(biāo))，含泥量0.7％不符合規(guī)范要求。

砂采用小洪溝中砂，含泥量4.2％>3％，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。

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。

2.2設(shè)備因素對(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)座變形位移，假如澆注完混凝土后，臺(tái)座發(fā)生變形，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋。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。

2.3施工工藝因素

2.3.1混凝土的拌制。拌和設(shè)備是500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，取其坍落度為3.5，判定水灰比超過(guò)了設(shè)計(jì)用量，水灰比過(guò)大，混凝土干縮量加大，產(chǎn)生干縮裂縫。

2.3.2混凝土澆注。工地采用插入式振動(dòng)器振密，振搗過(guò)程出現(xiàn)過(guò)振現(xiàn)象，致使混凝土表面粗細(xì)集料離析，靠近模板的混凝土表面細(xì)集料集中。

2.3.3混凝土養(yǎng)生。現(xiàn)場(chǎng)操作往往是等混凝土脫模后才開(kāi)始養(yǎng)生，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)，致使表面干縮裂縫。

2.4混凝土內(nèi)箍筋的影響因素

由于鋼筋和混凝土膨脹率的差異，鋼材的膨脹率大于混凝土的膨脹率，混凝土表面的拉應(yīng)力小于鋼筋膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力，從而使混凝土表面拉裂。

2.5混凝土自身應(yīng)力形成的裂縫。

2.5.1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。混凝土的干燥過(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。

2.5.2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。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裂縫(稱(chēng)溫差裂縫)，該結(jié)構(gòu)裂縫形態(tài)正是如此。

3裂縫的預(yù)防措施

針對(duì)以上工程進(jìn)行的裂縫原因分析，提出了以下具體的解決措施。

3.1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，對(duì)高標(biāo)號(hào)混凝土使用高標(biāo)號(hào)水泥，減少水泥用量，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)大干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)。

3.2混凝土拌和：細(xì)致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，減少混凝土的坍落度，合理?yè)郊铀芑瘎┖蜏p少劑。混凝土拌和時(shí)間控制在2min，不能過(guò)短，也不能過(guò)長(zhǎng)。攪拌時(shí)間短混合料不均勻，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)破壞材料的結(jié)構(gòu)。保證混凝土的均勻性，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。

3.3混凝土的澆注：混凝土澆注應(yīng)選擇一天中溫度較低的時(shí)候進(jìn)行，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，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，避免過(guò)振，造成混凝土離析。

3.4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?；炷翝沧⑹諠{完成后，盡快草簾覆蓋和灑水養(yǎng)護(hù)，使混凝土表面始終保持在濕潤(rùn)狀態(tài)，不允許混凝土在高溫下裸露暴曬。由于水泥在水化過(guò)程中產(chǎn)生很大的熱量，混凝土澆注完成后必須在側(cè)模外噴水散熱，以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，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于兩周。

3.5芯模：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。

通過(guò)以上改進(jìn)措施，混凝土表面裂縫逐漸消失。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，一定要制定出施工工藝規(guī)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)，嚴(yán)格按規(guī)范要求檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)找出問(wèn)題產(chǎn)生的原因，采取合理的處理措施加以解決，確?；炷量招陌宓念A(yù)制質(zhì)量。