预应力混凝土结构裂缝开裂原因分析及预防措施

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　　摘要:预应力混凝土结构中易出现的各种裂缝，混凝土结构裂缝的存在，不仅影响结构美观，而且还对结构有一定危害。本文就混凝土裂缝原因进行分析，同时就如何在施工中预防和控制预应力混凝土结构裂缝的发生进行了探讨。
　　关键词:预应力；结构裂缝；原因分析；预防措施
　　引言
　　随着我国公路事业的发展，预应力混凝土结构也越来越广泛地应用于公路桥梁建设中，但随之而来的是混凝土结构裂缝病害的出现。混凝土结构裂缝的存在，不仅影响结构美观，而且当裂缝宽度超过一定宽度(一般为O.3mm)时，还对结构有一定危害。在易腐蚀等恶劣环境中更要控制裂缝的数量和宽度。设汁的缺陷、施工和使用的不当、外界环境诸多因素部全诱发混凝土结构裂缝的产生，本文作者结合自身的工作绎历，仅对预应力混凝土结构施工中引起的裂缝略作分析。
　　1 施工不当产生的裂缝
　　1.1 混凝土施工配合比不合理引起的裂缝
　　裂缝特征(以下简称特征):细小的辐射状裂缝，无规则分布于结构表面。原因分析(以丁简称分析):由于后张预应力混凝土结构绝大部分是高标号混凝土。施工单位在配制施工配合比时，往往是配合比水泥用量偏多，于是水泥的水化热量导致了结构产生微裂。裂缝预防（以下简称预防):一是将粗骨料采用连续级配，以减少水泥用量，二是水泥用量不得超过规范最大值;三是在配合比中掺加适量外加剂（但要避免含氯离下，以防腐蚀钢筋及预应力筋)。一方面减少水泥用量，另一方面减水剂能改善混凝土的力学性能，减少混凝土的收缩徐变，从而减少裂缝的产生，并且防止预应力的过量损失。
　　1.2施工操作不当引起的裂缝
　　特征：混凝土局部出现树枝状裂缝或龟形裂缝。分析：一是混凝土局部振捣不充分，是混凝土的收缩值增大，引发的收缩裂缝；二是混凝土收浆不当，养护不良使结构表面水分蒸发，形成干缩裂缝。预防：一要加强振捣，但要注意在混凝土表面提浆时，不宜振过以防局部出现发热量高、体积安定性差的水泥净浆.严禁采用以加水稀释混凝土来代替找平的施工方法。二要对混凝土进行高温、高湿条件养护，这样在促进水泥水化作用的同时，又能保证混凝土表面高湿，从而减少了裂缝产生的机会、可采用塑料布覆盖麻布片的方法养护，适量洒水即可。
　　2 施工工艺技术控制不当引起的裂缝
　　2.1现浇结构
　　2.1.1支架、模板沉降不均引起的裂缝
　　特征:混凝土现浇完毕，局部混凝土出现开裂，裂口较宽。分析：一是由于支架处地基处理不均匀，在混凝土浇注完毕失去塑性后，支架下沉不均，造成混凝土产生沉降裂缝；二是未根据预应力结构在张拉期间的应力分布情况布设支架或模扳，导致模板下沉不均而使结构产生裂缝。以预应力箱梁为例，在张拉纵向预应力筋时，梁体可以自由地适应预应力施加时产生的水平和垂直运动，因此，我们将非承重的侧模在张拉前拆掉。而就在侧模拆掉和纵向预应力施工之前这段时间，应力发生了重新分布，若未考虑到此现象而布设支架，易在箱梁顶发生裂缝。预防：一是支架地基处理要均匀，避免雨水排水计入支架处地基，造成支架局部沉降，箱梁预制时只预压箱梁底板部分，翼板部分未预压，则很易在预压部分与未预压部分产出裂缝。同时若支架未经预压而采取预留高度的方法搭设支架，预留高度应根据支架类型采取相成预留高度的方法；二是分析预应力结构在张拉期间的荷载分配变化而布设支架。
　　2.1.2钢筋施工技术不当号|起的裂缝
　　特征：局部混凝土出现交叉状碎裂，混凝土沿钢筋方向出现剥落和细小裂缝。分析:一是浇筑混凝土时无工作平台，机械、人员直接踏触钢筋，造成局部钢筋下陷，形成素混凝土，混凝土的抗拉性明显下降，于是很容易出现无规则交叉状混凝土碎裂；二是施工时钢筋保护层偏小，混凝土易碳化，从而易引起钢筋锈蚀，而锈蚀产物的体积比钢筋被锈烛的体积大了2-3倍，这种效应使钢筋外围混凝土产生相当大的拉应力，诱发沿钢筋方向的裂缝；三是施工中进行钢筋代换时，盲目的以大代小，只注重强度等效原则，未考虑到钢筋间距对裂缝的影响，钢筋间距偏大.使得钢筋与混凝土粘接力过小，不能通过粘接力将拉力扩散到混凝土上去.不能有效约束混凝土的收缩。预防:一是在钢上下层之间增加竖向支撑钢筋，焊接成骨架，保证钢筋位置准确;二是在施工时不可随意进行钢筋代换。
　　2.1.3温差引起的裂缝
　　特征:大多数裂缝沿结构截面高度呈上宽下窄状；裂缝发生在板上时，多为贯穿性的;当发生梁上时，多为表面裂缝。分析;一是预应力混凝土现浇结构混凝土方量一般较大，结构内外温差大，温度梯度的形成使混凝土构件各部分产生相应变形，变形在受到约束后产生温度应力，从而诱发裂缝的产生。而有些地区昼夜温差大，结构易产生较大的变形，北方寒冷地区昼夜温差达18"C，若以3m的合拢段计算，按混凝土变形公式:.△L=L×(t2-tl)×a，其中，L为构件长度，(t2-tl)为温差，a为混凝土线膨胀系数，则混凝土变形值为△L=3000×18×1 O×10-6=0.54 (mm)。若混凝土在中午合拢，混凝土在早上与晚间要冷缩变形，于是在混凝土内部产生拉应力，由于混凝土早期抗拉强度很低，当拉应力超过混凝土抗拉应力时.便会产生裂缝。预防:若有必要，可在混凝土内部采取冷却技术，同时避免在阳光下暴晒混凝土。
　　211.4张拉技术控制不当引起的裂缝
　　特征:一是张拉时混凝土强度不够;二是张拉程序不正确。预防:一是要在现场混凝土强度达到要求后方而施加预应力，二是预应力现浇混凝土结构，一般张拉控制力较大，这不但使梁的轴向变形大，而且横向拉应变也大。张拉时要认真分析结构受力，遵循力平衡.找最佳张拉力方案，进行分批、分阶段张拉，决不可机械套用张拉原则。
　　2.1.5 预应力孔道压浆不良引起的裂缝
　　特征:裂缝沿孔道方向通分布。分析：一是由于个别管道堵塞，压不进浆去，这样管内残留的打混凝土时的水分冬季冻胀，引发裂缝;二是由于水泥浆过稀，泌水过多，冬季造成水分冻结，引发裂缝，三是由于水泥浆压浆时气温过低，引起灰浆冻胀，导致裂缝产生。预防：后张现浇结构由于张拉吨位较大，所以一般管道较粗，冻胀裂缝极易产生，可以采取以下措施:一、混凝土施工时，严防破坏钢束管道，混凝土初凝前，活动钢束，以防管道破损后，张拉压浆困难;二、严格控制灰浆稠度;三、冬季压浆要按冬季施工技术进行保温施工，添加早强剂等。
　　2.2预制构件
　　2.2.1混凝土配合比中的骨料下沉引发的裂缝(以T 梁为例)
　　特征：多发于翼缘与腹板、马蹄与腹板交界处。裂缝细小，呈鱼尾状并时断时续。分析:混凝土在振捣和重力作用下，骨料开始下沉，水泥浆上升;但由于构件截面形状改变，骨料下沉受到限制，使得局部混凝土以水泥浆为主要成分，于是在此处产生裂缝。预防:一是对于梁高较高的T梁，应水平分层挠注，可在尺寸变化处分层，并注意间隔不能太长;二要严格控制水灰比;三是振捣要密实;四是混凝土下料不宜过快;五是掺入减水剂等外加剂以减少混凝土沉缩量，促进混凝土的可操作性和流动性。
　　2.2.2变形受到约束引发的竖向裂缝(以T梁为例)
　　特征:裂缝通常从上至下贯穿腹板，危及上下翼板，由中间向上下翼板变细，部分裂缝在一片梁的两侧大致吻合，形成对裂，跨中相对两端较多。分析:这种裂缝属于收缩裂缝和温度裂缝。一是在混凝土凝固过程中，水分蒸发总是由表及里逐步发展，截面上湿度形成梯度，内外干缩量不一样，从而混凝土表面收缩变形受到混凝土内部约束，这样混凝土产生较大的拉应力，而混凝土早期强度偏低，因而出现收缩裂缝；二是由于混凝土热胀冷缩，构件在内外温差、昼夜温差双作用下产生温度阻力，此力往往超过混凝土抗拉强度值，造成混凝土开裂;二是由于梁上下翼缘附近配有较多的纵向钢筋来承受拉力混凝土不开裂.而中部纵向肋筋过稀，不足以抵抗这种拉力而出现裂缝;四是跨中部分属于受力薄弱处，因此跨中缝较多，且由于腹板偏薄，往往一侧开裂，另一侧也形成对裂。预防:一是选用水化热和收缩值都较低的水泥.且混凝土的水灰比和砂率不宜过大;二是混凝土浇注时选择在低温时进行，避免混凝土在阳光下暴晒;三是注意纵向肋筋(特别是跨中)的布设，必要时应增设其数量。
　　2.2.3蒸养法产生的裂缝
　　特征:在构件表面产生横、斜裂缝。分析:升降温时控制不严格。预防:预应力构件撤除保温措施时，表面温度与环境温度之差不宜大于20℃;坚持蒸养法制度，静置时间、升降温时间、恒温时间及升降温速度都要符合操作规程。
　　2.2.4预应力施工时产生的裂缝
　　特征:此裂缝多出现于梁体中部，裂缝呈锯齿状。分析:预应力构件断面尺寸比较小，在较大吨位的张拉下，梁体侧弯，起拱过大，引发荷载裂缝。预防:采用分阶段张拉及对称张拉。
　　2.2.5施工运输、存放引起的裂缝
　　特征:上宽下窄。常贯穿整个断面。分析:一是由于吊放或堆放时悬臂部分过大，负弯矩过大，构件顶部配筋又偏少，在板端上部产生横向水平裂缝(多见于空心板);二是堆放场地不平整，或地基强度不均匀，使板面局部下沉，形成斜向裂缝。三是堆放方法不正确，也易引发裂缝。预防:一是施工中若需挪动设计吊点位置(一般是向里挪动，减小起吊高度)首先要验算混凝土的抗裂性。二是构件堆放要规范。
　　3 此外，拆摸外力、施工顺序不当等诸因素也会诱发结构裂缝的发生
　　4结束语
　　于2010年10月完工的G205张博附线北延长线跨济青高速公路大桥中，桥跨布置为（6×30）+（32+60+32）+（6×30）米，全桥共五联，联长分别为90米、90米、124米、90米、90米。上部结构形式：主桥32+60+32米设置为变截面预应力混凝土连续箱梁；南北6×30米引桥设置为装配式部分预应力混凝土连续箱梁。由于在施工中特别注意对以上各条易造成裂缝发生的环节进行了有效地控制，使得现场所预制的T梁及主桥无论在内在质量，还是外观质量上都取得了较为理想的效果，有效地控制了裂缝的发生。
　　参考文献:
　　[I]公路桥桥涵施工技术规范[JTJ041-2000).北京:人民交通出版社，2000。
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