預(yù)應(yīng)力混凝土空心板早期裂縫的成因及控制

張靜莉

(安陽(yáng)市食品藥品審評(píng)中心， 河南 安陽(yáng) 455000)

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板與普通鋼筋混凝土相比具有抗裂性能好、自重輕、節(jié)約鋼材、造價(jià)低及承載能力高等優(yōu)勢(shì)，在道路橋梁及工業(yè)與民用建筑中得到廣泛的應(yīng)用。但是對(duì)原材料、制作工藝過(guò)程要求嚴(yán)格，控制不好極易出現(xiàn)裂縫。直接影響混凝土空心板外觀及結(jié)構(gòu)性能。本文主要對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板早期裂縫的成因進(jìn)行探討與分析，有針對(duì)性的采取措施。加強(qiáng)過(guò)程質(zhì)量控制，預(yù)防和減少裂縫產(chǎn)生。保障預(yù)應(yīng)力混凝土空心板應(yīng)具有的安全使用性能。

1 裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 混凝土收縮是裂縫產(chǎn)生的主要原因

混凝土是由水泥粘結(jié)多種材料，由可塑性逐漸凝結(jié)硬化而形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的人工石。混凝土在凝結(jié)硬化過(guò)程中因收縮而導(dǎo)致裂縫是產(chǎn)生裂縫的主要原因。由于水化反應(yīng)和游離水的遷移蒸發(fā)導(dǎo)致混凝土體積收縮。收縮時(shí)混凝土內(nèi)部壓應(yīng)力遠(yuǎn)大于表面拉應(yīng)力時(shí)即形成收縮裂縫。收縮分為塑性收縮和干燥收縮。

1.1.1 塑性收縮

主要發(fā)生混凝土澆筑3～4小時(shí)后，混凝土在塑性階段因失水形成表面泌水，水分大量蒸發(fā)，骨料下沉等使混凝土在凝結(jié)過(guò)程中體積收縮。當(dāng)混凝土表面風(fēng)吹日曬，氣溫干熱時(shí)極易形成混凝土內(nèi)部水分向外遷移速度遠(yuǎn)小于蒸發(fā)速度。導(dǎo)致未硬化的混凝土塑性收縮，其收縮量可達(dá)1%。

1.1.2 干燥收縮

混凝土終凝后表層水逐步蒸發(fā)，水分由內(nèi)向外遷移濕度下降。同時(shí)，在混凝土集料間形成的毛細(xì)管內(nèi)的水分水化和遷移后形成負(fù)壓即“毛細(xì)收縮”， 多重作用導(dǎo)致混凝土干燥收縮體積減小。在制備混凝土?xí)r，水以其作用不同，分為物理水、化學(xué)水。水與水泥反應(yīng)形成一系列水化產(chǎn)物，在凝結(jié)硬化過(guò)程中，將沙、石、鋼筋等材料緊緊地膠結(jié)在一起，形成具有機(jī)械強(qiáng)度和設(shè)計(jì)形狀的人工石。物理水在環(huán)境、外力作用下，多余的層間水不斷遷移至表面，蒸發(fā)。整個(gè)物理——化學(xué)過(guò)程是一個(gè)不可逆過(guò)程。終凝后，混凝土因失水發(fā)生體積收縮稱為干燥收縮或“吸附收縮”。是混凝土收縮變形產(chǎn)生裂縫的重要成因。

1.2 溫度裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)。當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，變形受到約束將在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生足夠大的壓應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)外受到的應(yīng)力差足夠大時(shí)則出現(xiàn)溫度裂縫。

（1）混凝土受水泥水化熱、日光照射、氣候晝夜溫差等因素影響而出現(xiàn)冷熱變化時(shí)，將發(fā)生收縮與膨脹，產(chǎn)生溫度效應(yīng)。特別是水泥水化熱高時(shí)，可使混凝土內(nèi)部最高溫升達(dá)70 ℃，導(dǎo)致與混凝土表面溫差過(guò)大，壓應(yīng)力遠(yuǎn)大于表面拉應(yīng)力而產(chǎn)生溫度裂縫。另外，當(dāng)設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)高、厚薄不一致的大體積混凝土空心板、保溫保濕措施不及時(shí)或不到位也將導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生溫度裂縫。

（2）當(dāng)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板受到0℃以下氣溫影響時(shí)，其層間部分游離水結(jié)冰，體積膨脹約9%，混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時(shí)凝膠孔中的過(guò)冷水產(chǎn)生滲透壓使混凝土受到膨脹應(yīng)力增大，強(qiáng)度降低，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。溫度低于0℃ ，混凝土吸水飽和是凍脹裂縫產(chǎn)生的必要條件。

1.3 原材料因素

1.3.1 水泥

品種不同的水泥及同體積混凝土水泥用量不同其水化熱值也不同。如果水泥用量采用規(guī)范要求的高臨界值，混凝土在水化硬化過(guò)程中其自縮值、水化熱值都大于正常水泥用量的混凝土。加大了收縮裂縫產(chǎn)生的幾率。摻有礦渣微粉品種的水泥，由于早期表面強(qiáng)度低，自收縮值較大，受外界影響因素敏感，易產(chǎn)生收縮裂縫。

1.3.2 骨料

骨粉比對(duì)C35以上混凝土影響大。骨料粒徑大，混凝土收縮值小。所以粗集料要選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配合理、針面狀顆粒＜5%、無(wú)粉化、含泥量＜0.5%的石子。細(xì)集料沙子易采用中砂，含泥量＜2%。若骨料中細(xì)集料多，含粉狀泥土多，混凝土拌和不均勻，減弱了混凝土內(nèi)水泥與骨料間的結(jié)合力，即加大了裂縫產(chǎn)生的機(jī)會(huì)。

1.3.3 外加劑

在制備混凝土?xí)r為便于施工，為保持良好的‘和易性’和混凝土強(qiáng)度，通常加入減水劑、增泡劑、緩凝劑等一種或幾種外加劑。當(dāng)使用的原材料發(fā)生較大變化，由于外加劑與水泥等材料存在的相容性問(wèn)題將直接影響混凝土的和易性、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等性能。導(dǎo)致應(yīng)力不均勻程度增加，極易產(chǎn)生裂縫。

1.4 預(yù)應(yīng)力混凝土制備因素

混凝土澆筑過(guò)快、流動(dòng)性低、振動(dòng)不實(shí)、不均。硬化時(shí)沉實(shí)過(guò)大，容易在澆筑數(shù)小時(shí)后產(chǎn)生裂縫；塌落度控制不嚴(yán)，導(dǎo)致收縮值不一致產(chǎn)生裂縫。

沒(méi)有按照?qǐng)D集設(shè)計(jì)組織施工。混凝土配比、部筋不合理、保護(hù)層厚度不夠、造成結(jié)構(gòu)性受力不均，而產(chǎn)生裂縫。

對(duì)預(yù)應(yīng)力筋建立的預(yù)應(yīng)力值，根與根差值較大；放張受力筋的時(shí)間不適宜（要求混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值 75%）；或方式方法不正確（要求從中間向兩側(cè)對(duì)稱放筋）；對(duì)于先張法臺(tái)座不平整或有裂縫等因素，致使放張受力筋時(shí)，由于混凝土局部受到的壓應(yīng)力與拉應(yīng)力不平衡在壓應(yīng)力超過(guò)拉應(yīng)力的極限處而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

在制作過(guò)程中（長(zhǎng)線張拉工藝），由于設(shè)備原因?qū)е乱唤M預(yù)應(yīng)力混凝土空心板側(cè)彎時(shí)，兩側(cè)受拉主筋受力不均，極易造成沿弧度方向產(chǎn)生裂縫；貼近空心板側(cè)面的機(jī)械墻板銹蝕時(shí)，運(yùn)行阻力增加，易造成沿板側(cè)面裂縫。

1.5 混凝土養(yǎng)護(hù)因素。

混凝土在凝結(jié)硬化早期。當(dāng)氣溫高，風(fēng)干物燥季節(jié)，陽(yáng)光直射混凝土?xí)r，造成表面水分急劇蒸發(fā)，內(nèi)外含水梯度加劇。或在早春初冬季節(jié)，氣溫晝夜溫差大時(shí)，如對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)的措施不及時(shí)、不適宜，都易引起混凝土內(nèi)部壓應(yīng)力遠(yuǎn)大于表面拉應(yīng)力導(dǎo)致混凝土表面形成裂縫。需及時(shí)覆蓋灑水，始終保持混凝土濕潤(rùn)。要注意適時(shí)覆蓋保暖。

2 防止與控制裂縫的產(chǎn)生

2.1 原材料和設(shè)計(jì)方面

按結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)圖集要求組織材料和生產(chǎn)。對(duì)原材料進(jìn)行入場(chǎng)檢驗(yàn)，以保證沙、石、鋼筋、水泥質(zhì)量。粗骨料含泥量＜1%，針片狀顆粒含量＜5%。細(xì)集料泥含量＜2%。加強(qiáng)混凝土塌落度、強(qiáng)度試驗(yàn)，選擇適宜的配合比。科學(xué)合理布筋。

2.2 施工和制備方面

施工環(huán)節(jié)是控制裂縫出現(xiàn)的重要方面。首先，要準(zhǔn)確計(jì)量集料配比，合理?yè)郊铀芑瘎┗驕p水劑，嚴(yán)格控制加水量和塌落度。控制混凝土拌和時(shí)間，振搗時(shí)間以保證混凝土具有良好和易性、密實(shí)性。攪拌時(shí)間短，過(guò)振都易引起混凝土集料分布不均勻。其二，建立鋼筋預(yù)應(yīng)力值要符合設(shè)計(jì)要求且每根預(yù)應(yīng)力值相差不能大于設(shè)計(jì)值的5%。以保證空心板結(jié)構(gòu)受力均勻。其三，要依據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛘莆諠仓r(shí)間避開(kāi)高溫和陽(yáng)光直射時(shí)間段。其四，生產(chǎn)用臺(tái)座要平整，特別是混凝土材料的臺(tái)座不應(yīng)有不均勻沉陷或裂縫，以防空心板預(yù)應(yīng)力筋放張時(shí)底部壓應(yīng)力受阻而產(chǎn)生裂縫。同時(shí)要掌握好預(yù)應(yīng)力筋放張時(shí)間和起板時(shí)間，齡期不少于十四天。

2.3 混凝土養(yǎng)護(hù)方面

不論是收縮裂縫還是溫度裂縫，混凝土的養(yǎng)護(hù)最為關(guān)鍵。混凝土澆筑完成后應(yīng)盡快使用具有良好保水性能的覆蓋物覆蓋，灑水養(yǎng)護(hù)。保持混凝土表面包括側(cè)面始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于二周。當(dāng)氣溫低于10℃晝夜溫差大時(shí)，要覆蓋保溫材料，采取保溫保濕措施。總之達(dá)到混凝土內(nèi)外部水分的遷移與蒸發(fā)相平衡，水化熱引起的內(nèi)外溫差降至最低為要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板早期裂縫形成原因是多方面的，也是較為復(fù)雜的。要考慮到原材料、施工環(huán)境、設(shè)備設(shè)施、制備過(guò)程控制、混凝土養(yǎng)護(hù)等因素依據(jù)具體情況具體分析。嚴(yán)格控制致使裂縫出現(xiàn)的主要因素。樹(shù)立質(zhì)量意識(shí)，積極采取應(yīng)對(duì)措施。就能有效防止或減少早期裂縫的形成和延伸。避免因裂縫導(dǎo)致混凝土保護(hù)層、結(jié)構(gòu)性受到破壞，確保預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的抗?jié)B性、耐久性、安全性符合質(zhì)量及使用性能要求。

[1] 鄭寶堂 等 淺析預(yù)應(yīng)力先張法空心板裂縫產(chǎn)生原因[J].遼寧省交通高等專科學(xué)校 2004年3月.第1卷（1）

[2] 趙成泉 曲國(guó)慶 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的早期裂縫成因及對(duì)策[J]. 淄博學(xué)院學(xué)報(bào) 2001年6月.第3卷（2）