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预制预应力T梁出现裂缝的原因探究及解决方案

日期：2016-7-27 15:23:12　来源：转载　浏览数：
　

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    混凝土由于其具有抗压强度高、塑性好等优点，是广泛用于桥梁工程的建筑材料，但它抗拉强度低，若受力不均匀则容易开裂导致裂缝的出现。长期以来如何消除混凝土产生裂缝一直是工程界和学术界的热点问题，本文从原材料、拌和物水灰比、时间选择、温度选择、现场施工质量控制等方面着手，总结了现场预制T 梁时常出现裂缝的原因，提出相应的预防及解决措施，旨在这一问题的解决提供一些文献资料。
    1· 裂缝的类型及产生部位
    混凝土是桥梁工程广泛使用的建筑材料，它是一种脆性材料，虽然它抗压强度高，但由于其抗拉强度低，仅为抗压强度的1 /8 ～ 1 /10，容易开裂，所以导致混凝土结构经常出现裂缝情况。混凝土又是一种胶凝性复合材料，它具有塑性收缩、干燥收缩、自身收缩等收缩特性，这些特性又促进了裂缝的产生。
    按产生时间来划分，T 梁混凝土裂缝可分为施工期间形成的裂缝和使用期间产生的裂缝。按产生的原因来划分，可分为非结构裂缝和结构裂缝。非结构性裂缝是混凝土内部产生的，当混凝土内部的自应力超过可负载的应力时，便会导致非结构性裂缝的出现。非结构性裂缝常常产生在高标号薄腹混凝土和大体积混凝土结构中。当外界气温、湿度变化、混凝土水化热时，混凝土发生收缩变形，若变形超出允许范围，便会产生非结构性裂缝。结构裂缝通常是由外荷载所致，当外力作用超过承载力时，会使混凝土产生结构裂缝。对于非结构性裂缝，产生原因有地基不均匀沉降、模具变形等，但主要原因是收缩度超过混凝土允许范围。收缩形式主要有缩水收缩、塑性收缩、碳化收缩和自身收缩4 种。当温度适中时，收缩对混凝土的影响不大，但是在热而干燥的季节，若保养得不及时，则厚度小面积大的构件则会发生收缩而致使混凝土开裂。对于因外力引起的结构裂缝，通常与构件的配筋及承载力有关。T 梁翼板表面裂缝主要集中在两翼缘中间腹部位置; 初凝后张拉前T 梁腹部跨中下侧容易出现裂缝; 翼缘板面与腹板交接处、腹板与横隔板连接等处容易现出竖向裂缝。
    2 ·产生原因
    对于非结构性收缩裂缝分为凝缩和干缩。凝缩指的是当混凝土由塑性状态逐步发展成为固态，水泥颗粒相互结合，强度迅速增长，使混凝土体积减小。干缩是指水分蒸发后混凝土体积减小。混凝土凝固的过程是从表面开始的，然后才逐步扩展到内部，水分在混凝土内呈梯度变化，当水分蒸发太过不均匀，表面和内部收缩程度悬殊过大，会使混凝土表面混凝土承受拉力，混凝土内部承受压力，当混凝土表面所受的拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。
    2． 1 骨料引起的裂缝
    选用规格均匀的骨料是关键，若骨料规格不均匀，会导致级配不合理和级配间断的情况发生。骨料有机质或含泥量超标会导致骨料与水泥的黏结度降低，混凝土内部便会产生薄弱点甚至界面缺失，造成混凝土在凝固时内外受力不一而发生表面收缩导致裂缝出现。处于塑性阶段的混凝土，由于发生剧烈的水化反应，若混凝土采用流动性大的拌合物，则在分子链开成过程中同时出现泌水和水分剧烈蒸发现象，混凝土尚未硬化且失水严重，便会导致裂缝的产生。同时骨料因自重下沉，在下沉过程中若有钢筋阻挡，沿钢筋方向便会产生裂缝。
    2． 2 拌和物水灰比变动
    混凝土强度与水灰比关系密切，它们与混凝土的干缩裂缝也有很大关系。施工中若想满足和易性需要，则需要采用较高水灰比，水泥多则塑性变形大，水多则混凝土干缩性大。若水灰配比不好，就会导致混凝土强度不均匀，强度较低的区域应力便会集中，从而增大了早期裂缝产生的几率。另一方面，如果气候干热，致使T 梁翼板表面水分大量蒸发，便容易导致表面干缩裂缝的产生。
    2． 3 冻胀引起的裂缝
    当大气气温在0 ℃以下时，混凝土中的游离水分子会凝结成冰，体积会发生9% 的膨胀，此时混凝土内部便会产生膨胀应力; 同时混凝土凝胶孔中的过冷水由于迁移和重分布会引起渗透压，导致混凝土的膨胀力进一步增大，混凝土强度降低，若超过混凝土受力强度，则会产生裂缝。若混凝土初凝时受冻，情况则最为严重，初凝时受冻的混凝土和正常混凝土相比，强度要低30% ～ 50%。若温度过低，混凝土浇筑后若没有采取必要的保温措施可能会导致沿管道方向的冻胀裂缝的发生。除此之外，混凝土中骨料空隙多、骨料中含泥土等杂质过多、混凝土水灰比偏大、振捣不密实、养护不力均会使混凝土中水分过大，从而增加了混凝土早期受冻的风险，导致混凝土冻胀裂缝的发生。
    由于水的凝固点是0 ℃，发生冻胀破坏的必要条件是温度低于0℃和混凝土吸水饱，所以冬季施工时，采用暖棚法、电气加热法、蒸汽加热法、地下蓄热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂，可达到能使混凝土在低温或负温条件下硬化的效果。
    2． 4 施工因素
    施工不当会导致裂缝产生。若在高温天气浇筑混凝土，裂缝的发生部位常为跨中处，腹板开裂且两面对称，时间在拆模后的一两天。在施工时，混凝土养生常常是等混凝土脱模后才开始，T 梁顶面裸露在大气中，夏季的高温天气加快了水分的蒸发，会致使表面干缩裂缝的出现。另外，施工方案、混凝土的配合比的不合理，前后各道工序不连贯、拌制管理不到位等都有可能导致裂缝产生。
    2． 5 钢筋锈蚀
    由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，内部钢筋则会发生锈蚀。当氧气和水分侵入到混凝土中，与钢筋中铁离子与发生锈蚀反应，铁离子生成氢氧化铁，使得体积增加约2～ 4 倍，此时产生膨胀应力，导致混凝土沿钢筋纵向产生裂缝，使混凝土强度下降，同时诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，最终整体结构破坏。防止钢筋锈蚀的有效方法是设计时采用足够的保护层厚度，注意混凝土的水灰比，加长振捣时间，保证混凝土的密实性，严格控制外加剂的氯盐量。
    2． 6 其他因素
    由于温度、湿度变化，混凝土内部结构会随之变化，但是当变化受到约束时，混凝土内部会产生应力，若应力超过混凝土抗裂强度，便会发生开裂现象。混凝土拌和时，水泥和骨料会发热，使温度升高，在成模凝固时，混凝土温度会降低，若冷却硬化过程温差过大则会导致的裂缝的出现。浇筑过程的振捣，模板的刚度等也是引起混凝土裂缝的原因。若多种因素同时出现，则会使问题更为复杂化。
    浇筑时间点的选择也很重要，若浇筑时温度过高，在凝固成型时由于外界水分不能及时得以补充，表面水分快速丧失，将很快造成混凝土表面干缩开裂，特别是在沿风向垂直方向出现数量较多，混凝土浇筑应选择一天中温度较低的时候进行。另外，在浇筑混凝土过程中，要尽量避免发生机械故障、停电、休息停拌等情况，因为此类事故也会导致混凝土开裂现象的发生。浇筑混凝土切忌分两次浇筑，若已浇混凝土已经出现稍许凝固，此时再浇混凝土，先浇混凝土与后浇混凝土之间就会出现薄弱面，这块薄弱面极易导致混凝土的开裂，导致裂缝的产生。
    3 ·结束语
    一个工程从建成到使用，牵涉到方方面面，从设计、施工到监理、运营管理各个环节都至关重要。合理的设计方案是保证工程质量的前提。在设计时必须充分考虑桥梁混凝土产生裂缝的各种原因，结合当地实际提出预防及处理办法，避免由于设计方案不合理产生的安全隐患和不必要的经济损失。