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(qiáng)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(jìn)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?;炷恋母稍镞^程是從表面逐步擴(kuò)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)行重新檢驗,發(fā)現(xiàn)存在以下不利因素:

 ?。?)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。混凝土在硬化過程中,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。

 ?。?)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。灰粉在混凝土硬化凝結(jié)時吸收水分,引起混凝土凝縮。

 ?。?)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?;炷恋母稍镞^程是從表面逐步擴(kuò)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(qiáng)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:

 ?。?)混凝土的拌制:攪拌設(shè)備為500型強(qiáng)制式攪拌機(jī),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。

  (2)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。

  (3)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(dá)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(qiáng)度,從而影響其耐久性,縮短使用壽命,所以必須進(jìn)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(bǔ)強(qiáng)技術(shù),現(xiàn)在國內(nèi)建筑界已經(jīng)接受了這種補(bǔ)強(qiáng)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(jìn)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(dá)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(qiáng)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(jìn)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(qiáng)度。使用a-64快固高強(qiáng)膠粘劑,壓縮強(qiáng)度≥60mpa,剪切強(qiáng)度≥3.5mpa(砼破壞).

  灌注材料特性:粘度小,可灌性強(qiáng),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(qiáng)度≥60mpa,剪切強(qiáng)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(jìn)行。

  第一步 表面處理,用角磨機(jī)、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(jìn)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(jìn)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(jī)、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(jìn)行了張拉,在張拉過程中未發(fā)現(xiàn)異常現(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(jìn)行了單梁荷載試驗。

 ?。?)檢驗項目:單梁荷載試驗包括t梁的強(qiáng)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。

 ?。?) 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.


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