預應力混凝土構件張拉前裂縫產生的原因及其處理方法探討

劉玉蘭

(石家莊市公路管理處勘測設計隊)

1 前 言

在后張法預應力混凝土結構的工程應用中,常遇到預應力混凝土構件在張拉前即出現裂縫的問題。當混凝土結構式帶裂縫工作時,工程結構耐久性及其使用性能將會受影響。對于預應力結構的裂縫控制規范控制是較為嚴格的,盡管張拉前產生的裂縫可能會在張拉后閉合,但是總會對結構性能產生不利的影響,因此,有必要對預應力混凝土構件在張拉前產生裂縫的原因進行分析,并在此基礎上尋找可行的預防裂縫產生的措施,以及對裂縫種類判別方法和相應的處理措施。

2 裂縫產生的原因分析

廣義上講,裂縫產生的原因有兩種。一種由荷載引起的稱這類裂縫為結構性裂縫,是承載力不足的結果;另一種為由于變形受約束引起的,此類裂縫稱為非結構性裂縫,如溫度變化、混凝土收縮、基礎的不均勻沉降等因素引起的變形。當變形收到約束,在結構構件內部產生次應力,加之混凝土的早期抗拉強度時比較低的,因此產生的次應力很容易超過混凝土的抗拉強度,從而引起混凝土開裂。

張拉前預應力混凝土構件中產生結構性裂縫主要是底模支撐不牢而使預應力混凝土構件在張拉前受荷引起的。預應力混凝土構件在未張拉前同普通鋼筋混凝土性質一樣,由于在施工中承受不必要的荷載就很容易產生裂縫,并且裂縫發展迅速,裂縫寬度較大,鋼筋很可能發生屈服。主要有以下中情況常會使底模支撐不牢:(1)在施工中有時會因為拆除使得底模與混凝土構件底部產生脫離。(2)由于地基處理不好使預應力混凝土構件的支撐下方基礎產生完全沉降或不均勻沉降,從而使部分底模與預應力構件脫離。(3)有些工地因某種原因采用木支撐代替鋼支撐,木材承載力有限,且當張拉前拆除部分支撐時,梁下支撐承載增加,引起木支撐壓縮變形過大,從而不能很好的起到支撐的作用。

混凝土收縮變形受約束產生次應力是混凝土結構產生非結構性裂縫的一個主要原因,此類裂縫為收縮裂縫?；炷恋氖湛s包括干縮和凝縮。干縮變形是由于混凝土凝固過程中混凝土多余的水分蒸發而產生的變形,凝縮變形是水泥水化作用逐漸硬化形成的混凝土骨架不斷緊密而產生的變形。

混凝土結構隨著溫度變化會產生熱脹冷縮變形,當此變形受到約束,在混凝土內所產生溫度應力是導致非結構性裂縫產生的另一主要原因,此類裂縫稱溫度裂縫。施工階段的溫度裂縫主要由于截面內外溫差引起,包括兩部分:(1)混凝土澆筑初期,水泥水化產生大量水化熱,使混凝土的溫度很快上升,混凝土表面散熱條件較好,而混凝土內部由于熱量散發少,內外形成溫度梯度,形成內約束,結果混凝土內部產生壓應力,面層產生拉應力。當該拉應力超過混凝土的抗拉強度時,混凝土表面就因此而產生裂縫;(2)混凝土澆筑后數日,混凝土降溫的結果引起混凝土收縮,再加上由于混凝土中多余水分蒸發,碳化等引起體積收縮變形,收到地基和結構邊界條件的約束不能自由變形,產生溫度次應力,當該溫度次應力超過混凝土的抗拉強度時,則從約束面開始向上開裂而形成溫度裂縫。

混凝土結構產生裂縫的原因是多方面的,各種引起混凝土開裂的因素不但能獨立的產生裂縫,而且它們又是相互聯系,相互影響,因此對于一道裂縫的成因不僅要把握其主要因素,還要全面考慮其他的相關影響因素。

3 預防裂縫產生的措施

預應力構件在張拉前受力性能同普通鋼筋混凝土構件時完全相同的,所以一般來說,凡是適用于普通鋼筋混凝土的防止裂縫出現的措施均能適用于未張拉的預應力混凝土構件。

(1)改善混凝土材料的性能。例如:選用干縮較小的水泥品種;合理調整混凝土的配合比,此阿勇低水灰比,降低砂率,采用中粗砂;摻加適量的外加劑,如高效減水劑、微膨脹劑等。

(2)加強混凝土澆搗的控制和加強混凝土的養護。例如:在振搗過程中既要確保混凝土的密實,又要避免過度振搗;加強噴水保濕養護,對于重要的構件可以在其表面蓋一層薄膜。

(3)結構設計時注意減少收縮和溫度變形的影響以及加大抵抗變形的能力。

(4)加強預應力混凝土構件的底模支撐。例如:做好支撐地基土的處理,以減少基礎的沉降量;支撐設計時注意減小預應力構件支撐與其它非預應力構件支撐的聯系,在拆除側模時要小心,防止預應力構件底模支撐松動;禁止使用木支撐。

4 開裂后裂縫類型的判別和處理方法

判別裂縫類型首先要對裂縫的外形特征及其位置進行觀察和分析,例如收縮裂縫多發生在混凝土表面上,裂縫較淺而細;對于板類構件多沿短方向均勻地分布于相鄰的兩根鋼筋之間并與鋼筋平行;對于高度較大的預應力混凝土梁,一般在腰部產生豎向裂縫,且多集中在構件的中部,中間寬兩頭窄,至梁的上緣及下緣逐漸消失;對于板構件上的溫度裂縫多為貫穿裂縫;發生在梁上的多是表面裂縫,大多數溫度裂縫沿結構截面高度成上寬下窄狀。對于張拉前預應力構件產生結構性裂縫,則往往是在受拉區的混凝土展開,因此此裂縫在構件表面呈邊緣較寬,在構件內逐漸變窄小。其次要輔以必要的檢測工具對裂縫的寬度、長度、深度、具體位置以及其穩定性進行觀測,靠肉眼和借助放大鏡尋找與觀察裂縫的位置,確定裂縫的始末端,再用鋼直尺測量裂縫的長度和位置。對于表面裂縫只要進行普通的裂縫修補。深層裂縫和貫穿裂縫可能會破壞張拉前預應力構件的普通鋼筋,因此修補時先要對鋼筋強度進行鑒定并確定是否要加固。

不同國家對裂縫有各自適合于國情的寬度要求。我國規范規定對于各種環境下裂縫的寬度規定 0.1mm以上的要進行裂縫修補。對于一般的表面裂縫只要沒有影響到混凝土內部的鋼筋,用補縫等技術就可以處理。目前混凝土裂縫的修補方法主要有三種:表面封閉法、開槽填補法和壓力注漿法。表面封閉法一般用于處理表面的微細裂縫,多采用防水涂料進行表面涂膜處理,達到封閉裂縫和防水的作用,該方法不適合于寬度大于0.2mm的裂縫;開槽填補法是沿著裂縫將混凝土鑿成 V型槽,然后用水泥類或樹脂類填補材料將其填平補牢,達到封閉裂縫的目的。壓力注漿法是借助壓力將注漿液注入混凝土裂縫中而使裂縫充滿補牢。這種方法不損傷結構的強度,補完后防水性能和耐久性可靠,修補的質量也較好。裂縫的修補要考慮構件的耐久性、防滲性和美觀。對于全預應力構件當該構件在張拉前出現了非結構性裂縫,如果裂縫較細,張拉后裂縫將在預壓力作用下自行閉合,張拉前先進行表面封閉法或補縫即可保證構件的正常使用;而當該預應力混凝土構件張拉前產生結構性裂縫,則對于裂縫寬度在0.3mm以內時均需先補縫后再進行張拉,最好采用壓力注化學膠黏劑的方法進行補縫。對于部分預應力混凝土構件當該構件張拉前已產生非結構性裂縫,應先封閉裂縫后進行張拉;而且該構件張拉前產生結構性裂縫,且當該裂縫位置與寬度均在原設計允許的范圍內時,可不進行裂縫處理,直接張拉即可。按照裂縫的不同產生原因與原設計允許范圍進行比較和分析,得出即保證構件質量又能滿足耐久性要求的處理措施。

5 結 論

預應力構件張拉前產生的裂縫可以分為結構性裂縫和非結構性裂縫,前者是由外荷引起的,而后者是由變形引起的。預應力構件未張拉前所出現的裂縫多是由表及里溫度變形和混凝土收縮引起的非結構性裂縫。但是如果因施工不慎,也可能使未張拉的預應力構件因支撐強度、剛度不足和地基沉降或施工活在等因素產生結構性裂縫。在實際工程中要根據當時的環境因素、施工條件和氣候來對混凝土構件進行養護。當預應力構件未張拉前出現裂縫要及時進行裂縫檢測,判斷裂縫的成因,對裂縫的修補措施進行磋商,從而制定修補的最佳方案。

即使裂縫的修補方法有多先進,預應力混凝土構件在張拉前出現裂縫都會影響構件未來的張拉使用,因此比補救措施更重要的是預防措施,亡羊補牢再好也不如防范于未然。

[1] 杜拱辰.現代預應力混凝土結構[M].中國建筑工業出版社, 1988.

[2] 混凝土結構加固技術規范(CECS25:90)[D].中國計劃出版社,1992.