桥梁工程预应力空心板裂缝原因分析及控制

预应力混凝土空心板是桥梁的主要承重构件，对整个工程的质量至关重要。混凝土表面出现裂缝是桥梁工程的常见问题之一。裂缝分宏观裂缝和微观裂缝两类，混凝土的微观裂缝为混凝土所固有，我们通常所指的裂缝为肉眼可见的宏观裂缝，其宽度在0.05m以上。表面裂缝不影响空心板的正常使用，但可使混凝土顶面抗拉强度降低，使用中会增加混凝土的渗透性，并使混凝土暴露表面增大，易使混凝土早期老化，降低混凝土的强度，从而影响其耐久性。本文分析裂缝的成因并提出控制措施
　　
9 i* o+ R: N/ ^7 W7 Z　　一、预应力空心板裂缝成因分析
　　
, m, j( i+ n! I/ h6 ], l, D& }2 h　　(一)混凝土材料本身的性质
# Y4 u, f& v; S* ]& P) G5 c) u/ }; h3 _　　1、收缩裂缝
　　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
! ?" R: l+ Z) e5 W# _1 ^6 b3 U　　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。特别是由于水化放热作用，使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。由于混凝土抗压强度远大于抗拉强度，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)。
% b$ W" X  Q% H) U　　3、徐变影响
+ u, c  l8 h# t4 {3 E　　长时间受力作用下，混凝土徐变逐渐增加。较大的徐变给结构带来的附加被动内力，使板或箱粱构件弯矩产生重分布，增大的弯矩增加了板的剪应力，因此造成了板裂缝出现。
　　(二)设计方面的因素
　　1、设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符：荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够：结构设计时不考虑施工的可能性：设计断面不足；钢筋设置偏少或布置错误等都有可能出现板中混凝土实际应力超过混凝土抗拉强度而导致开裂。
　　2、混凝土配合比不合理。水泥用量过大使混凝土凝结收缩量大，容易造成表面产生裂缝。水灰比过大造成离析现象，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。
　　(三)施工方面的因素
7 T* Y/ d) u+ U! x　　1、混凝土拌和浇筑不当。拌和不均匀(特别是掺用掺合料的混凝土)，搅拌时间不足或过长，拌和后到浇筑时间间隔过长；泵送时增加了用水量、水泥用量；浇筑顺序有误，浇筑不均匀(振动赶浆、钢筋过密)；振捣不实，坍落度过大、骨料下沉、泌水，混凝土强度过低就进行下一道工序；连续浇筑间隔时间过长，接缝处理不当等。
6 g' B) \6 F; Q6 ]　　2、内模胶囊上浮。预应力空心板在混凝土浇筑过程中，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。
) v* W* U; o! J4 e. E5 W　　3、抽拔胶囊过早。空心板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 MPa-0.8MPa时为宜。抽拔过早会出现“粘皮”现象，对混凝土质量有影响，当顶板厚度减小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 [% c& B( W8 M0 K6 d　　4、混凝土养护不当，拆模时间过早。混凝土施工完毕后，没有适时进行养护，混凝土表面水分蒸发过快，从而形成干缩裂缝。外界温度在5℃以下时，如果不及时覆盖保温材料，也容易出现裂缝。在混凝土抗压强度达不到2.5 Mpa时，拆除侧模板，由于操作时发生震动，侧面常常出现较窄的竖向裂缝。
　　5、墩台下沉。墩台不均匀下沉造成空心板挠度变形过大，在超静定结构中造成桥墩支承点处较大内应力，顶部混凝土拉应力超过抗拉应力，出现较大裂缝，对桥梁危害性较大。
2 ~( [& m# [$ i9 K　　6、预应力管道在施工放线过程中不够准确，导致预应力管道不够圆润、局部微段出现弯折的现象，造成预应力筋的实际位置与设计位置存在偏差，从而引起该处径向力的突变。此外，预应力管道的定位钢筋间距过大，容易造成预应力管道在混凝土浇注过程中发生弯沉和起伏；同时，有的定位钢筋由于焊接不牢而脱落，预应力管道在混凝土浇注过程中发生横向偏移，使得预应力筋的线形发生改变，引起径向力的变化。
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　　二、裂缝的预防和处理措施
　　
　　(一)裂缝预防措施
　　1、检查设计过程
　　设计人员在结构计算之后详细检查设计细节，截面是否合理、配筋是否足够等，特别是预应力钢绞线和钢筋布置必须符合保护层厚度和间距数值的要求。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。
　　2、严格控制原材料，合理配制混凝土
　　进场材料必须经严格检验后方能使用，对高标号混凝土使用高标号水泥，减少水泥用量，水泥初凝时间必须大于45min，细集料使用级配良好的中砂，细度模数应保持在2.6-2.9之间，含泥量小于2％。粗骨料使用质地坚硬、级配良好的碎石，含泥量小于0.5％，针片状颗粒含量应小于5％。在混凝土配合比设计中，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。混凝土拌和时间控制在2min，不能过短，也不能过长。搅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。
　　3、混凝土的浇筑和养护
　　混凝土浇注应选择一天中温度较低的时候进行，采用插入式振捣器振捣时，移动间距不应超过振捣器作用半径的1.5倍，对每一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。振捣过程中避免触及钢筋和预埋件。
) P3 y. a# [( l- B1 M　　混凝土浇筑收浆完毕，即采用养生布或草帘覆盖和洒水相结合养生养护，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中产生很大的热量，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，在冷却后体积收缩产生裂缝。养护时间一般为7天，最好10天－14天。
　　4、严格检查胶囊漏气，防止胶囊上浮
　　对使用的胶囊要经常打压检查，发现漏气应及时修补。胶囊下放要及时、准确。胶囊固定要牢固。防止胶囊上浮，并避免钢筋或其他尖利物品划破胶囊，造成胶囊漏气。
5 H# U4 ^3 r- \7 \　　5、控制墩台变形
　　超静定结构墩台基础底地基易产生不均匀下沉，如地质状况不好或不易改造，则应选用其他静定结构。盖粱底支架不可过早拆除造成挠度变形过大，空心板架设时应同时对称落架。
　　(二)裂缝处理措施
" G9 d8 t: h5 B5 P0 g+ w* G' f3 y　　早期裂缝一般不必处理，但裂缝宽度较大和深度较深时，应做些处理，对较严重的裂缝可以凿成三角槽，用环氧树脂砂浆修补；裂缝严重时可在裂缝内注入环氧树脂浆液加固：用环氧树脂砂浆黏结钢板于裂缝处加固或先在裂缝内注入环氧树脂浆液再用环氧树脂黏结钢板，二者结合起来效果更好。
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　　三、结语
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- W$ N" |0 v  W; f: Q　　桥梁工程的裂缝的出现与混凝土材料本身性质有关，也与设计疏漏、施工不当有很大关系。在实际工程中，应加强设计和施工的监管以防裂缝出现，并对已出现裂缝妥善处理，控制其发展，不至于对结构产生危害。