預(yù)應(yīng)力混凝土施加應(yīng)力前裂縫分析與防治(一)

1、預(yù)應(yīng)力混凝土施加應(yīng)力前裂縫分析與防治一 摘要 通過(guò)對(duì)開(kāi)縣東河大橋淹沒(méi)復(fù)建工程三片后張預(yù)應(yīng)力混凝土 t 梁施加應(yīng)力前產(chǎn)生裂縫的 原因分析、 處理方案確實(shí)定及處理結(jié)果的驗(yàn)證， 提出了預(yù)應(yīng)力混凝土施加應(yīng)力前收縮裂縫的 防治措施。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土裂縫分析防治一、前言開(kāi)縣東河大橋淹沒(méi)復(fù)建工程為 8X 40m的后張預(yù)應(yīng)力混凝土 t梁構(gòu)造，以下是有關(guān)施工參數(shù)： 結(jié)構(gòu)類(lèi)型： 8 孔跨徑為 40m 預(yù)應(yīng)力混凝土 t 型簡(jiǎn)支梁 混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度： 40mpa混凝土配合比：水泥：砂：碎石：水：減水劑=1： 1.21： 2.57： 0.39： 0.01水泥用量： 476kg/m3水泥類(lèi)型：三峽牌 p.o42.5 水

2、泥砂：開(kāi)縣樂(lè)園產(chǎn)中粗砂水：東河河水減水劑：重慶久鑫混凝土外加劑廠(chǎng)生產(chǎn) jx-nno 型高效減水劑。 二、裂縫的根本情況開(kāi)縣東河大橋淹沒(méi)復(fù)建工程施工期間發(fā)現(xiàn)三片 t 梁先后出現(xiàn)裂縫。 當(dāng)時(shí)正直五月下旬， 施工 現(xiàn)場(chǎng)的最高氣溫超過(guò) 30 C。第一片t梁出現(xiàn)裂縫是在澆注成型拆模后約4天；第二片是在澆注拆模后三天；第三片是在澆注拆模后約 20 個(gè)小時(shí)就發(fā)現(xiàn)裂縫。三片 t 梁的裂縫位置都 大致在梁體跨中 5m范圍內(nèi)。裂縫形式為豎向裂縫，通過(guò)超聲波檢測(cè)裂縫寬度在0.1mm0.2mm，深度60-90mm。裂縫在梁體兩測(cè)大致對(duì)稱(chēng)分布。如圖1:圖1裂縫形狀示意圖三、裂縫產(chǎn)生的原因分析：裂縫的出現(xiàn)引起了施工、 監(jiān)

3、理和設(shè)計(jì)單位的高度重視， 會(huì)同有關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行了詳細(xì)的分析， 分 析結(jié)果定性為混凝土收縮裂縫?；炷潦湛s分為凝縮和干縮。 混凝土凝固時(shí)， 一些與水泥顆粒結(jié)合， 使體積減少， 稱(chēng)為凝縮。 另一些蒸發(fā)，使體積減小，稱(chēng)為干縮?；炷恋目菰镞^(guò)程是從外表逐步擴(kuò)展到內(nèi)部的，在混凝土內(nèi)呈含水梯度。 因此產(chǎn)生外表收縮大， 內(nèi)部收縮小的不均勻收縮， 致使外表混凝土承受 拉力，內(nèi)部承受壓力。當(dāng)外表混凝土所受的拉力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。 確定裂縫類(lèi)型之后，我工程部技術(shù)人員會(huì)同有關(guān)專(zhuān)家對(duì)施工過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析， 經(jīng)過(guò)屢次分析論證從以下幾個(gè)方面找到了裂縫的產(chǎn)生的原因。1 、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素：經(jīng)過(guò)我方技術(shù)人員

4、對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的分析，原設(shè)計(jì)圖紙中梁體跨中20m 范圍內(nèi)的水平構(gòu)造鋼筋配筋率為3%。，配筋率偏小，且分布間距偏大，梁端配筋率為6%。，混凝土收縮時(shí)所配鋼筋不能完全消除混凝土的干縮變形所引起的內(nèi)部應(yīng)力時(shí)首先從薄弱部位開(kāi)始出現(xiàn)裂縫。2、施工原材料：經(jīng)過(guò)對(duì)施工所采用的各種原材料進(jìn)行重新檢驗(yàn) ，發(fā)現(xiàn)存在以下不利因素 :1 水泥采用三峽牌 p.o42.5 水泥，經(jīng)檢驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。水泥用量為 476kg/m3 ，水泥用 量偏大。混凝土在硬化過(guò)程中，水泥水化放熱，水泥用量大，水化熱熱量大，從而使混凝土 的溫度收縮應(yīng)力增大。2碎石有石灰?guī)r碎石和河卵石碎石兩種，發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r碎石中的灰粉含量較大?；曳墼诨?凝土硬化凝

5、結(jié)時(shí)吸收水分，引起混凝土凝縮。3攪拌用水為東河河水，砂為開(kāi)縣樂(lè)園產(chǎn)中粗砂；減水劑為重慶久鑫混凝土外加劑廠(chǎng)生產(chǎn) jx-nno 型高效減水劑，以上材料經(jīng)檢驗(yàn)均合格。 水泥用量偏大和碎石中灰粉含量超標(biāo)是形成裂縫的原因之一。3、混凝土自身應(yīng)力形成的裂縫： 混凝土收縮分為凝縮和干縮。 混凝土的枯燥過(guò)程是從外表逐步擴(kuò)展到內(nèi)部的， 在混凝土內(nèi)呈 含水梯度。 因此產(chǎn)生外表收縮大，內(nèi)部收縮小的不均勻收縮， 致使外表混凝土承受拉力，內(nèi) 部承受壓力。當(dāng)外表混凝土所受的拉力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。4、模板及制梁臺(tái)座：制梁臺(tái)座由 c25 級(jí)混凝土澆注而成， 經(jīng)過(guò)幾次使用之后， 局部外表已非常不光滑， 模擦系數(shù)

6、 增大，摩阻力也相應(yīng)增大 ,當(dāng)摩阻力超過(guò)混凝土本身承受的拉力時(shí),這個(gè)應(yīng)力集中點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。5、施工工藝：1混凝土的拌制：攪拌設(shè)備為500 型強(qiáng)制式攪拌機(jī)，拌和時(shí)間為每盤(pán)料大約 3 分鐘，拌和時(shí)間適中，坍落度為9-13cm ，拌和過(guò)程中有不均勻現(xiàn)象。存在水灰比過(guò)大的問(wèn)題，水灰比過(guò)大，混凝土干縮量增大，易產(chǎn)生干縮裂縫。2混凝土澆注：澆注過(guò)程中采用插入式振搗器為主，附著式震動(dòng)器為輔主要在梁端10米處使用。澆注過(guò)程出現(xiàn)過(guò)震現(xiàn)象 ,致使混凝土外表粗細(xì)骨料離析 ,靠近模板外表的混凝土細(xì) 骨料集中。3混凝土養(yǎng)生：由于當(dāng)時(shí)白天氣溫大多超過(guò)30C,最高氣溫到達(dá)35C,梁體側(cè)面不易吸附水分，氣溫過(guò)高加快了梁體水

7、分的蒸發(fā)，致使外表產(chǎn)生干縮裂縫。由以上分析可知：水平構(gòu)造鋼筋、施工原材料、混凝土自身應(yīng)力、 模板及制梁臺(tái)座及施工工 藝的缺陷都是混凝土收縮裂縫的形成原因。各種不利因素的疊加致使梁體產(chǎn)生收縮裂縫。四、裂縫的處理：收縮裂縫一旦產(chǎn)生， 就會(huì)增加混凝土的滲透性， 并使混凝土暴露于容易損傷環(huán)境的外表增加， 使混凝土早期老化， 裂縫的產(chǎn)生使混凝土滲水性增大， 嚴(yán)重降低混凝土強(qiáng)度， 從而影響其耐 久性，縮短使用壽命，所以必須進(jìn)行處理。1、畢可法恒壓灌注法灌注建筑膠 畢可法灌注建筑膠是由日本建筑學(xué)者提出和推廣應(yīng)用的一項(xiàng)新型混凝土補(bǔ)強(qiáng)技術(shù),現(xiàn)在國(guó)內(nèi)建筑界已經(jīng)接受了這種補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。 1 施工工藝混凝土結(jié)構(gòu)假設(shè)出現(xiàn)

8、0.10.2mm的裂縫，就會(huì)對(duì)混凝土的受力結(jié)構(gòu)和內(nèi)部鋼筋產(chǎn)生一定的損 害和破壞，混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)要求大于 0.2mm 的裂縫都必須進(jìn)行密封處理。由于混凝土結(jié)構(gòu) 裂縫一般都會(huì)呈現(xiàn) v 性的形態(tài)， 一般裂縫深度都較深， 甚至貫穿整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)， 特別是處 于頂部和側(cè)面的混凝土裂縫密封處理不易到達(dá)灌注膠液密實(shí)的要求，畢可法灌注是采用多點(diǎn)同時(shí)低壓加壓灌注，加壓時(shí)間一般控制在1 0-2 0分鐘，由于采用了低壓多點(diǎn)的灌注方法，避免了膠液從 v 形裂縫表層串漿， 加強(qiáng)了膠液向混凝土深層移動(dòng)， 并能保證膠液有足夠的浸潤(rùn) 時(shí)間。 因此， 恒壓灌注法是一種灌注效果能夠保證密封處理效果的灌注方法，也是國(guó)外現(xiàn)行的最先進(jìn)

9、的混凝土灌注方法。 2材料特性：密封材料特性：快速、密封性好、有一定的力學(xué)強(qiáng)度。使用a-64 快固高強(qiáng)膠粘劑，壓縮強(qiáng)度?60mpa剪切強(qiáng)度 3.5mpa砼破壞， 16mpa鋼？鋼。灌注材料特性：粘度小，可灌性強(qiáng)，較高的力學(xué)性能，一定的韌性。使用專(zhuān)用a71-1 砼裂縫專(zhuān)用灌注膠，粘度 200-400mpa.s, 25C時(shí)，壓縮強(qiáng)度 60mpa剪切強(qiáng)度 15mpa與混凝土 粘接力 4mpa 砼破壞，斷裂伸長(zhǎng)率5-10%。3灌注設(shè)備： 專(zhuān)用配套恒壓灌注法裝備， 包括注膠嘴、 堵頭、 連接器、 膠囊及注射器等。 4裂縫灌膠：裂縫灌膠分以下五步進(jìn)行。第一步外表處理，用角磨機(jī)、鑿子、砂紙沿裂縫方向除去外表

10、油污，浮漿等雜物。第二步布設(shè)注膠嘴：根據(jù)裂縫情況，用a-64膠布設(shè)注膠嘴，每米約 34個(gè)。第三步裂縫密封：用 a-64 膠沿裂縫方向?qū)α芽p進(jìn)行密封，保證在灌膠時(shí)不漏漿。 第四步恒壓灌注：用恒壓灌注器進(jìn)行灌膠，保證灌膠時(shí)間一般大于10 分鐘，使裂縫完全封閉。第五步后處理：除去注膠嘴，磨平，盡量使裂縫外表與混凝土外觀保持顏色一致。2、裂縫外表貼碳纖維第一步外表處理， 用角磨機(jī)、鑿子、砂紙沿裂縫方向兩側(cè)各大于 50cm 范圍內(nèi)除去外表油污， 浮漿等雜物，外表清理干凈并有一定粗糙度。第二步涂刷底層灌注膠，要求涂刷均勻。 第三步粘貼碳纖維，將碳纖維粘貼在處理好的裂縫外表。第四步美化處理， 在碳纖維外表用

11、白水泥或其他材料修面， 使之與梁體顏色盡量一致， 以保 持梁體外表的美觀度。3、處理結(jié)果驗(yàn)證 ?單梁荷載試驗(yàn)處理結(jié)束后 5-7 天進(jìn)行了張拉， 在張拉過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。 委托重慶公路工程檢測(cè)中心 對(duì)三片 t 梁其中裂縫最嚴(yán)重的一片進(jìn)行了單梁荷載試驗(yàn)。大橋設(shè)計(jì)荷載：汽超 ?20 級(jí)，掛車(chē) ?120，人群： 3.5kn/? 。1檢驗(yàn)工程：?jiǎn)瘟汉奢d試驗(yàn)包括 t 梁的強(qiáng)度、剛度和抗裂性三項(xiàng)。2應(yīng)力測(cè)點(diǎn)與撓度測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分別布置于預(yù)應(yīng)力 t 梁跨中截面和 l/4 截面，在 t 梁腹板上布置 2 個(gè)測(cè)點(diǎn)，下緣設(shè) 置 1 個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì) 6 個(gè)測(cè)點(diǎn)。如圖 2 圖 2 應(yīng)力測(cè)點(diǎn)與撓度測(cè)點(diǎn)布置圖 撓度測(cè)點(diǎn)

12、分別布置于預(yù)應(yīng)力 t 梁跨中截面和 l/4 截面的下緣，采用電測(cè)百分表進(jìn)行豎向變形 觀測(cè)。 為消除支座變形的影響， 試驗(yàn)時(shí)還在支座處設(shè)置了觀測(cè)點(diǎn)， 通過(guò)百分表測(cè)試其壓縮變 形。3試驗(yàn)荷載與工況本次檢驗(yàn)對(duì)單片 t 梁跨中截面采用三點(diǎn)加載試驗(yàn)的方法。 試驗(yàn)荷載確定按照現(xiàn)澆混凝土、 期恒載、活載汽車(chē) +人群在跨中截面作用彎矩與加載重物在跨中截面產(chǎn)生彎矩等效的原56.62 噸見(jiàn)圖 3。共分 6那么，本次采用鋼軌及預(yù)制人行道板等加載，試驗(yàn)荷載總重量約為級(jí)加載見(jiàn)表 1。圖 3 三點(diǎn)集中加載示意圖 加載間距為跨中至兩測(cè)個(gè) 4 米，懸臂局部各為 2 米。每級(jí)加載完畢后，持續(xù) 10 分鐘，穩(wěn)定 后讀數(shù)。卸載完畢 10 分鐘后，記錄剩余讀數(shù)。表 1荷載分級(jí)荷載重量t跨中截面產(chǎn)生彎矩kn?m跨中截面設(shè)