預(yù)應(yīng)力混凝土施加應(yīng)力前裂縫分析與防治

　　摘要：通過對開縣東河大橋淹沒復(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、處理方案的確定及處理結(jié)果的驗證，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

　　開縣東河大橋淹沒復(fù)建工程為8×40m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)類型：8孔跨徑為40m預(yù)應(yīng)力混凝土t型簡支梁混凝土設(shè)計強度：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水泥類型：三峽牌p.o42.5水泥砂：開縣樂園產(chǎn)中粗砂水：東河河水減水劑：重慶久鑫混凝土外加劑廠生產(chǎn)jx-nno型高效減水劑。

二、裂縫的基本情況

　　開縣東河大橋淹沒復(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)時正直五月下旬，施工現(xiàn)場的最高氣溫超過30℃。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個小時就發(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，通過超聲波檢測裂縫寬度在0.1mm－0.2mm，深度60－90 mm.裂縫在梁體兩測大致對稱分布。

三、裂縫產(chǎn)生的原因分析

　　裂縫的出現(xiàn)引起了施工、監(jiān)理和設(shè)計單位的高度重視，會同有關(guān)專家進行了詳細(xì)的分析，分析結(jié)果定性為混凝土收縮裂縫。

　　混凝土收縮分為凝縮和干縮?；炷聊虝r，一些與水泥顆粒結(jié)合，使體積減少，稱為凝縮。另一些蒸發(fā)，使體積減小，稱為干縮。混凝土的干燥過程是從表面逐步擴展到內(nèi)部的，在混凝土內(nèi)呈含水梯度。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)部承受壓力。當(dāng)表面混凝土所受的拉力超過其抗拉強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。

　　確定裂縫類型之后，我項目部技術(shù)人員會同有關(guān)專家對施工過程中的各個環(huán)節(jié)進行了分析，經(jīng)過多次分析論證從以下幾個方面找到了裂縫的產(chǎn)生的原因。

　　1、結(jié)構(gòu)設(shè)計因素：經(jīng)過我方技術(shù)人員對設(shè)計圖紙的分析，原設(shè)計圖紙中梁體跨中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)力時首先從薄弱部位開始出現(xiàn)裂縫。

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　　2、施工原材料：經(jīng)過對施工所采用的各種原材料進行重新檢驗，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)檢驗符合規(guī)范要求。水泥用量為476kg/m3，水泥用量偏大?；炷猎谟不^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?；曳墼诨炷劣不Y(jié)時吸收水分，引起混凝土凝縮。

　　（3）攪拌用水為東河河水，砂為開縣樂園產(chǎn)中粗砂；減水劑為重慶久鑫混凝土外加劑廠生產(chǎn)jx-nno型高效減水劑，以上材料經(jīng)檢驗均合格。

　　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。混凝土的干燥過程是從表面逐步擴展到內(nèi)部的，在混凝土內(nèi)呈含水梯度。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)部承受壓力。當(dāng)表面混凝土所受的拉力超過其抗拉強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。

　　4、模板及制梁臺座：制梁臺座由c25級混凝土澆注而成，經(jīng)過幾次使用之后，局部表面已非常不光滑，模擦系數(shù)增大，摩阻力也相應(yīng)增大，當(dāng)摩阻力超過混凝土本身承受的拉力時，這個應(yīng)力集中點就會產(chǎn)生裂縫。

　　5、施工工藝：

　　（1）混凝土的拌制：攪拌設(shè)備為500型強制式攪拌機，拌和時間為每盤料大約3分鐘，拌和時間適中，坍落度為9-13cm，拌和過程中有不均勻現(xiàn)象。存在水灰比過大的問題，水灰比過大，混凝土干縮量增大，易產(chǎn)生干縮裂縫。

　?。?）混凝土澆注：澆注過程中采用插入式振搗器為主，附著式震動器為輔（主要在梁端10米處使用）。澆注過程出現(xiàn)過震現(xiàn)象，致使混凝土表面粗細(xì)骨料離析，靠近模板表面的混凝土細(xì)骨料集中。

　?。?）混凝土養(yǎng)生：由于當(dāng)時白天氣溫大多超過30℃，最高氣溫達到35℃，梁體側(cè)面不易吸附水分，氣溫過高加快了梁體水分的蒸發(fā)，致使表面產(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)境的表面增加，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)重降低混凝土強度，從而影響其耐久性，縮短使用壽命，所以必須進行處理。

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　　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)用的一項新型混凝土補強技術(shù)，現(xiàn)在國內(nèi)建筑界已經(jīng)接受了這種補強技術(shù)。

　?。?）施工工藝混凝土結(jié)構(gòu)若出現(xiàn)0.1－0.2mm的裂縫，就會對混凝土的受力結(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)規(guī)范要求大于0.2mm的裂縫都必須進行密封處理。由于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫一般都會呈現(xiàn)v性的形態(tài)，一般裂縫深度都較深，甚至貫穿整個混凝土結(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達到灌注膠液密實的要求，畢可法灌注是采用多點同時低壓加壓灌注，加壓時間一般控制在10-20分鐘，由于采用了低壓多點的灌注方法，避免了膠液從v形裂縫表層串漿，加強了膠液向混凝土深層移動，并能保證膠液有足夠的浸潤時間。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，也是國外現(xiàn)行的最先進的混凝土灌注方法。

　?。?）材料特性：密封材料特性：快速、密封性好、有一定的力學(xué)強度。使用a-64快固高強膠粘劑，壓縮強度≥60mpa，剪切強度≥3.5mpa（砼破壞）．

　　灌注材料特性：粘度小，可灌性強，較高的力學(xué)性能，一定的韌性。使用專用a71-1砼裂縫專用灌注膠，粘度200-400mpa.s，25℃時，壓縮強度≥60mpa，剪切強度≥15mpa，與混凝土粘接力≥4mpa（砼破壞），斷裂伸長率5-10%.

　　（3）灌注設(shè)備：專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。

　?。?）裂縫灌膠：裂縫灌膠分以下五步進行。

　　第一步 表面處理，用角磨機、鑿子、砂紙沿裂縫方向除去表面油污，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3～4個。

　　第三步 裂縫密封：用a-64膠沿裂縫方向?qū)α芽p進行密封，保證在灌膠時不漏漿。

　　第四步 恒壓灌注：用恒壓灌注器進行灌膠，保證灌膠時間一般大于10分鐘，使裂縫完全封閉。

　　第五步 后處理：除去注膠嘴，磨平，盡量使裂縫表面與混凝土外觀保持顏色一致。

　　2、裂縫表面貼碳纖維

　　第一步 表面處理，用角磨機、鑿子、砂紙沿裂縫方向兩側(cè)各大于50cm范圍內(nèi)除去表面油污，浮漿等雜物，表面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表面。

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　　第四步 美化處理，在碳纖維表面用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)果驗證？單梁荷載試驗處理結(jié)束后5-7天進行了張拉，在張拉過程中未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。委托重慶公路工程檢測中心對三片t梁其中裂縫最嚴(yán)重的一片進行了單梁荷載試驗。

　?。?）檢驗項目：單梁荷載試驗包括t梁的強度、剛度和抗裂性三項。

　?。?）應(yīng)力測點與撓度測點布置應(yīng)力測點分別布置于預(yù)應(yīng)力t梁跨中截面和l/4截面，在t梁腹板上布置2個測點，下緣設(shè)置1個測點，共計6個測點。

　　（3） 試驗儀器：本次試驗儀器有靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀；接點掃描箱；電測式百分表；刻度放大鏡.