談預應力空心板在橋梁工程中的應用

林杰　孟林春

摘 要：預應力混凝土空心板在施工過程中，易產生裂縫。影響因素有：溫度應力，原材料質量，施工工藝等。加強施工過程主要工序的管理，特別是混凝土的養護對消除混凝土的

關鍵詞：預應力； 混凝土； 空心板； 裂縫； 防治

在同沿高速公路施工中，某合同段出現了20米預應力混凝土空心板豎向裂縫的現象，此事引起了技術人員的高度重視，對預制場預制的全過程進行了調查分析，查閱了有關試驗資料，對施工工藝做了詳細了解，找出了產生裂縫的原因，提出了改進措施，使預應力混凝土空心板表面裂縫得到了控制，有效地防止了混凝土表面裂縫的再次發生。

1 概述

預應力空心板是橋梁工程的主要受力結構，保證混凝土的預制質量至關重要，該預制廠預制空心板的數量600片，均為先張法預應力混凝土空心板，下面是20米預應力空心板施工的有關參數。

結構類型：跨徑20m預應力混凝土空心板。

混凝土設計強度：50MPa

混凝土配合比：水泥∶砂∶碎石∶水∶減水劑=1∶1.3∶2.3∶0.3∶0.01

水泥用量：500kg/m3

水泥類型：賽馬P.O42.5#R

砂：小洪溝料場。

碎石：清水河石料場。

水：機井水。

減水劑： FDN-5型高效減水劑。

2 裂縫的產生

空心板在混凝土澆筑完成拆模后，沿連接筋豎向產生長度50～150mm，寬度為0.02～0.08mm的裂縫，頂面也出現50～100mm，寬度為0.02～0.12mm的裂縫。鑿開混凝土裂縫發現，裂縫深度在0～5 mm之間，初步判定為收縮裂縫或溫度裂縫。不影響空心板的正常使用，但考慮預應力鋼絞線放張后，有使混凝土頂面抗拉強度降低，致使裂縫長度、寬度和深度增長的可能，為此，分析裂縫產生的原因和改進措施是完全必要的。混凝土裂縫在澆筑后第一個24h內產生，這時混凝土最敏感產生震動裂縫、收縮裂縫和沉陷裂縫。早期裂縫一旦發生，會增加混凝土的滲透性，并使混凝土暴露于易損傷環境的表面增加，這使混凝土早期老化， 裂縫的產生使混凝土滲水性增大，嚴重降低混凝土的強度，從而影響其耐久性。

3 裂縫產生的原因分析

鑒于預應力混凝土空心板產生裂縫，技術人員立即對施工中的各個環節進行了分析。

3.1 原材料因素

水泥采用賽馬P.O 42.5R，經檢驗符合規范要求，水泥用量：500kg/m3.高強混凝土由于其水泥用量大多在（450～600kg/m3），是普通混凝土的1.5～2倍。這樣在混凝土生成過程中由于水泥水化而引起的體積收縮即自縮就大于普通混凝土，出現收縮裂縫的機率也大于普通混凝土。高強混凝土因采用高標號水泥且用量大，這樣在混凝土硬化過程中，水化放熱量大，將加大混凝土的最高溫升，從而使混凝土的溫度收縮應力加大。在疊加其他因素的情況下，很有可能導致溫度收縮裂縫。由于高強混凝土中水泥石含量是普通混凝土的1.5倍，在硬化早期由于水分蒸發引起的干縮也將大于普通混凝土。

3.2 設備因素

對張拉設備進行校驗，如果張拉用的千斤頂油表度數不準，張拉力超過設計值，造成臺座變形位移，假如澆注完混凝土后，臺座發生變形，混凝土表面就會產生裂紋。經檢查，設備符合要求，臺座地基滿足要求，沒有發現臺座變形、位移、下沉現象。

3.3 施工工藝因素

（1）、混凝土的拌制。拌和設備是500型強制式攪拌機，操作方面，拌和時間為1min左右，時間過短，從而影響混凝土的均勻性，取其坍落度為3.5，判定水灰比超過了設計用量，水灰比過大，混凝土干縮量加大，產生干縮裂縫。

（2）、混凝土澆注。工地采用插入式振動器振密，振搗過程出現過振現象，致使混凝土表面粗細集料離析，靠近模板的混凝土表面細集料集中。

（3）、混凝土養生。現場操作往往是等混凝土脫模后才開始養生，空心板頂面裸露在大氣中，夏季最高氣溫達35℃，加快了水份的蒸發，致使表面干縮裂縫。

3.4 混凝土內箍筋的影響因素

由于鋼筋和混凝土膨脹率的差異，鋼材的膨脹率大于混凝土的膨脹率，混凝土表面的拉應力小于鋼筋膨脹所產生的應力，從而使混凝土表面拉裂。

3.5 混凝土自身應力形成的裂縫

（1）、收縮裂縫。混凝土凝固時，一些水份與水泥顆粒結合，使體積減少，稱為凝縮。另一些水份蒸發，使體積減小，稱為干縮，凝縮和干縮合稱為收縮。混凝土的干燥過程是由表面逐步擴展到內部的，在混凝土內呈現含水梯度。因此產生表面收縮大，內部收縮小的不均勻收縮，致使表面混凝土承受拉力，內部混凝土承受壓力。當表層混凝土所產生的拉力超過其抗拉強度時，便產生收縮裂縫。

（2）、溫度裂縫：混凝土受水泥水化放熱、陽光照射、夜間降溫等因素影響而出現冷熱變化時，將發生收縮和膨脹，產生溫度應力，溫度應力超過混凝土抗拉強度時，即產生裂縫。可以初步推斷是由于水化熱過大引起的溫度裂縫。由于水化熱作用，使混凝土內部與外表面溫差過大，這時內部混凝土受壓應力，表面混凝土受拉應力。由于混凝土抗壓強度遠大于抗拉強度，表面拉應力可能先達到并超過混凝土抗拉強度，而產生間距大致相等的直線裂縫（稱溫差裂縫），該結構裂縫形態正是如此。

4 裂縫的預防措施

1、 嚴把原材料質量關。進場材料必須經嚴格檢驗后方能使用，對高標號混凝土使用高標號水泥，減少水泥用量，水泥初凝時間必須大于45分鐘。細集料使用級配良好的中砂，細度模數Mx應大于2.6，含泥量小于2%。粗骨料使用質地堅硬、級配良好的碎石，含泥量小于1%，針片狀顆粒含量應小于5%。嚴格控制水灰比，保證水的用量控制在標準之內。

2、 混凝土拌和：細致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，減少混凝土的坍落度，合理摻加塑化劑和減少劑。混凝土拌和時間控制在2min，不能過短，也不能過長。攪拌時間短混合料不均勻，時間過長，會破壞材料的結構。保證混凝土的均勻性，嚴格控制加水量，經常檢測混凝土的坍落度，以保證混凝土具有良好的和易性。

3、 混凝土的澆注：混凝土澆注應選擇一天中溫度較低的時候進行，采用插入式振搗器振搗時，移動間距不應超過振搗器作用半徑的1.5倍，對每一振搗部位必須振動到混凝土停止下沉，不在冒出氣泡，表面呈現平坦、泛漿，邊振動邊徐徐提出振動棒，避免過振，造成混凝土離析。

4、 混凝土養護：不論是收縮裂縫還是溫度裂縫，混凝土的養護最為關鍵。等混凝土脫模之后才開始灑水養護的方法是錯誤的。混凝土澆注收漿完成后，盡快草簾覆蓋和灑水養護，使混凝土表面始終保持在濕潤狀態，不允許混凝土在高溫下裸露暴曬。由于水泥在水化過程中產生很大的熱量，混凝土澆注完成后必須在側模外噴水散熱，以免混凝土由于溫度過高，體積膨脹過大，在冷卻后體積收縮過大產生裂縫，養護時間不少于兩周。

通過以上改進措施，混凝土表面裂縫逐漸消失。預應力混凝土空心板是橋梁的承重結構，因此，在預制過程前，一定要制定出施工工藝規程，對所有參與施工的人員進行技術交底；掌握關鍵工序的技術要點，嚴格按規范要求檢測各項指標，發現異常，及時找出問題產生的原因，采取合理的處理措施加以解決，確保混凝土空心板的預制質量。