預(yù)應(yīng)力混凝土空心板“蒸養(yǎng)”裂紋產(chǎn)生與防范

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板“蒸養(yǎng)”裂紋產(chǎn)生與防范摘要：在預(yù)應(yīng)力空心板冬季“蒸養(yǎng)”過(guò)程中，混凝土初期養(yǎng)護(hù)管理、升降溫梯度、板梁上下散熱速度差以及大梁內(nèi)是否配置防裂鋼筋等都將對(duì)大梁的澆注質(zhì)量產(chǎn)生影響，本文以南京祿口高架橋?yàn)槔?，?duì)大梁的“蒸養(yǎng)”裂紋作了詳細(xì)分析，提出了相應(yīng)的防范措施。在現(xiàn)代橋梁工程中，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁由于其自重輕、結(jié)構(gòu)性能好、施工方便等諸多有利因素而被廣泛使用，在我省已完工的滬寧高速公路、祿口機(jī)場(chǎng)高速公路、寧馬高速公路等許多橋梁中就普遍采用了這種結(jié)構(gòu)，取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。但在冬季施工過(guò)程中，特別是當(dāng)板梁的預(yù)制采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，梁體經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“蒸養(yǎng)”裂紋。下面就以南京機(jī)場(chǎng)高速公路祿口高架橋?yàn)槔瑢?duì)空心板梁“蒸養(yǎng)”裂紋產(chǎn)生的原因及防范措施作一分析，供橋梁工程師們參考：１問(wèn)題的產(chǎn)生祿口高架橋是南京新場(chǎng)高速公路的重點(diǎn)工程，全長(zhǎng)２３８０ｍ，其中６０％以上的上部結(jié)構(gòu)采用了先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁。該橋設(shè)計(jì)荷載為汽車一超２０，掛車－１２０，梁體混凝土標(biāo)號(hào)為５０號(hào)，板梁長(zhǎng)１９９６ｍ，寬９９ｃｍ，高８５ｃｍ，其斷面尺寸如圖所示。大梁的預(yù)制于年底開(kāi)始，為保證質(zhì)量，縮短養(yǎng)護(hù)周期，加快施工進(jìn)度，對(duì)板梁采用了蒸氣養(yǎng)護(hù)法。元月，氣溫驟降５～１０℃，日均溫度在０～５℃左右。當(dāng)時(shí)大梁已經(jīng)過(guò)靜養(yǎng)、升溫、恒溫、降溫等養(yǎng)護(hù)過(guò)程，揭開(kāi)油布冷卻，發(fā)現(xiàn)很多梁頂部出現(xiàn)了裂紋，裂紋１～４條不等，裂紋寬０１～０２ｍｍ，深度在１～３ｃｍ，基本分布在大梁的跨中、１／４跨和３／４跨處的頂板。２原因分析２．１混凝土內(nèi)外溫差所致。在冬季施工過(guò)程中，因?yàn)橥饨鐪囟容^低，而大梁混凝土中由于水化熱的原因產(chǎn)生很大的熱量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：ｔｍａｘ＝ｔｏ＋ｑ／１０其中：ｔｍａｘ——混凝土內(nèi)部最高水化熱℃；ｔｏ——混凝土澆筑溫度℃ｑ——每立方混凝土中水泥用量ｋｇ／ｍ３；可計(jì)算出混凝土內(nèi)部最高溫度ｔｍａｘ＝５℃＋４６２／１０＝５１２℃本例混凝土配比中水泥用量為４６２ｋｇ／ｍ３當(dāng)油布掀開(kāi)后，混凝土表面遇冷將發(fā)生急劇收縮，而內(nèi)部混凝土因水化熱尚未完全消失而發(fā)生較大的內(nèi)外溫差，從而形成一種內(nèi)脹外縮的現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生裂縫。２．２梁體頂板與底板收縮不一致大梁橫斷面尺寸可以看出，頂板較薄，一般為７～８ｃｍ，而下底板較厚，一般為１５～１６ｃｍ，當(dāng)油布掀開(kāi)后，上頂板的冷卻將快于下底板、收縮也將大于、快于下底板，而此時(shí)埋設(shè)于大梁底部的鋼鉸線尚未剪索，梁體預(yù)應(yīng)力尚未得到再加上上頂板布筋少，抵不住這種大的拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致了頂部裂縫的產(chǎn)生。２．３養(yǎng)護(hù)時(shí)降溫梯度過(guò)快。據(jù)當(dāng)時(shí)的施工記載和監(jiān)理抽測(cè)，部分大梁降溫時(shí)降溫梯度在１０～１５℃，而根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》明確規(guī)定，當(dāng)表面系數(shù)等于或大于６時(shí)，降溫速度不得超過(guò)５℃，而在該例中，大梁表面系數(shù)已達(dá)１１９１ｍ２／ｍ３，降溫梯度明顯高于規(guī)范要求。表面系數(shù)為結(jié)構(gòu)冷卻面積與結(jié)構(gòu)體積之比３防范措施３．１加強(qiáng)混凝土梁的養(yǎng)護(hù)管理。在梁體混凝土溫度冷卻至與外界溫度相近時(shí)，方可拆除加熱養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)的模板和保溫層如油布；當(dāng)混凝土與外界氣溫相差大于２０℃而要拆除模板時(shí)，混凝土表面應(yīng)加以覆蓋，并使其緩慢冷卻，嚴(yán)禁提前掀開(kāi)油布。３．２大梁冬季施工采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加大梁內(nèi)的抗裂鋼筋。可在大梁的頂部及兩側(cè)適當(dāng)增加縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋，以提高這部分混凝土的抗拉能力，防止裂紋的出現(xiàn)。施工時(shí)可考慮在大梁的頂部增加２根φ１２鋼筋，在大梁兩側(cè)增加４根φ８的鋼筋。３．３提前釋放預(yù)應(yīng)力。在大梁梁體冷卻至５～１０℃時(shí)應(yīng)立即拆模，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的９０％時(shí)，應(yīng)剪索，完成對(duì)大梁施加的予應(yīng)力。３．４嚴(yán)格控制升降溫梯度。嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定，控制升降溫梯度。當(dāng)表面系數(shù)大于６時(shí)，升溫速度不超過(guò)１０℃；恒溫溫度不超過(guò)６０℃；降溫速度不超過(guò)５℃，從而避免升溫過(guò)程中的膨脹裂縫和降溫過(guò)程中的收縮裂縫。４結(jié)束語(yǔ)事實(shí)表明，采用了以上防范措施后，祿口高架橋在后來(lái)施工的近千塊板梁中再未出現(xiàn)裂紋，從而有效地解決了預(yù)應(yīng)力板梁的冬季蒸養(yǎng)裂紋的問(wèn)題。近年來(lái)由于高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，工程質(zhì)量的控制越來(lái)越嚴(yán)格，盡管高速公路橋梁大部分屬于常見(jiàn)橋型，由于施工隊(duì)伍素質(zhì)的差異，橋梁工程在建設(shè)中都存在不同程度的質(zhì)量問(wèn)題，有些教訓(xùn)是深刻的。筆者就常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題以及如何預(yù)防，提出一些看法，供質(zhì)量控制時(shí)參考。１先張法空心板梁先張法空心板梁從臺(tái)座制作，預(yù)應(yīng)力張拉、混凝土澆筑、鋼絞線放張，施工過(guò)程中均引起了足夠的重視。但由于多為集中預(yù)制，混凝土采用蒸汽養(yǎng)護(hù)為多，這樣出坑頻率快，周期短施工企業(yè)效益高，然而板梁拆模后規(guī)則裂紋較多。主要是因?yàn)檎羝B(yǎng)護(hù)瞬間停止后，降溫太快，梁體內(nèi)外溫差較大，導(dǎo)致梁體產(chǎn)生溫度裂縫，因此施工中，降溫速度不宜超過(guò)１０℃／小時(shí)。這是很多施工單位不理解，不注意的新問(wèn)題，特別在冬季，蒸汽養(yǎng)護(hù)停止后，立即拆開(kāi)養(yǎng)護(hù)棚，梁外部的氣溫迅速下降。這時(shí)，如果梁內(nèi)部和外表成溫差超過(guò)６０℃，梁外面就會(huì)產(chǎn)生溫度、裂縫。２后張法寬幅空心板梁后張法寬幅空心板梁近幾年來(lái)在高速公路上應(yīng)用較為廣泛，因其預(yù)制方便，安裝簡(jiǎn)單。但板幅寬，腹板薄，梁高度低，且多采用扁波紋管和扁錨，因而施工中應(yīng)注意：①由于混凝土分兩次澆筑，必須注意新老混凝土的結(jié)合，嚴(yán)格按照施工縫的處理辦法，同時(shí)防止?jié)仓炷習(xí)r的芯模上浮，以免使頂厚度減少。②由于邊板與中板張拉后反拱度不一樣，通常邊板大于中板。因此予制臺(tái)座的反拱設(shè)置應(yīng)考慮此差異。③扁波紋管設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范構(gòu)造要求，確保壓漿飽滿密實(shí)。④由于錨下常采用鋼纖維混凝土，鋼纖維材料尺寸、抗拉強(qiáng)度以及抗腐蝕性能必須符合規(guī)范要求，鋼纖維混凝土拌合、試配、鋼纖維含量必須嚴(yán)格按國(guó)家有關(guān)施工規(guī)范進(jìn)行，否則鋼纖維的銹蝕將危及橋梁使用安全。３部分預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁部分預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁，目前在高速公路上得到了廣泛的應(yīng)用，與同等跨徑板梁、Ｔ梁、組合工字梁相比，結(jié)構(gòu)高度低，抗扭剛度大，混凝土用量少，且較為美觀。由于其底板、腹板均較薄，且結(jié)構(gòu)連續(xù)處同樣采用扁錨，故施工中應(yīng)注意如下問(wèn)題：①由于箱梁斷面一次成型，底板混凝土有澆筑不密實(shí)的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：底板混凝土是從腹板擠進(jìn)去的，由于波紋管的影響，部分粗骨料無(wú)法進(jìn)入底板，因此芯模制作時(shí)必須考慮施工人員進(jìn)入箱內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)料、補(bǔ)振，確?；炷撩軐?shí)。②負(fù)彎矩波紋管預(yù)埋，必須準(zhǔn)確可靠，往往施工中，由于管道不對(duì)齊，增大了穿束難度，增加了預(yù)應(yīng)力損失，同樣也應(yīng)注意扁波紋管下混凝土不易密實(shí)的問(wèn)題。③由于負(fù)彎矩處預(yù)應(yīng)力鋼絞線長(zhǎng)度一般小于２０ｍ，因此宜采用一端張拉，以減少由于鋼絞線回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失。４滿堂支架施工的ＲＣ或ＰＣ連續(xù)梁橋由于匝道橋大部分是滿堂腳手現(xiàn)澆箱梁，施工中必須進(jìn)行如下控制：１支架地基處理方法可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，采用小木樁處理、灰土＋素混凝土處理等方案，必須注意施工期間防止雨水浸泡，應(yīng)開(kāi)溝排水，以免地基變形。地基處理后，還須進(jìn)行預(yù)壓。２支架預(yù)壓，其預(yù)壓重量為恒載重量，目的是消除支架的非彈性變形，待支架沉降穩(wěn)定后，卸載。沉降穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)是連續(xù)觀察一周，僅有３ｍｍ以內(nèi)變化為穩(wěn)定。卸載前測(cè)得的總變形包括彈性和非彈性兩部分，一般以彈性變形作為設(shè)置預(yù)拱度的依據(jù)。對(duì)于上跨老路橋梁，例如老路為瀝青混凝土，不要認(rèn)為老路已經(jīng)運(yùn)營(yíng)多年，沉降基本穩(wěn)定，不需預(yù)壓，這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，教訓(xùn)也是深刻的。３混凝土澆筑必須注意澆筑程度。根據(jù)施工機(jī)械配備情況，可以采用多孔一聯(lián)一次性澆筑；也可采用１／４Ｌ處設(shè)施工縫、墩頂為合攏段的分段澆筑。４落架程度必須從跨中向支點(diǎn)對(duì)稱落架，以防產(chǎn)生內(nèi)力重分配，使梁體開(kāi)裂。這是體系轉(zhuǎn)換要考慮的。５關(guān)于預(yù)應(yīng)力管道預(yù)埋和預(yù)應(yīng)力筋張拉５１對(duì)于連續(xù)箱梁由于管道長(zhǎng)，波紋管直徑必須大于鋼絞線公稱直徑２ｃｍ，以防壓漿不密實(shí)；同時(shí)建議混凝土澆筑前先將鋼絞線穿入。５２對(duì)于采用連接器長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力筋，當(dāng)長(zhǎng)度超過(guò)２５ｍ，由于只能采用一端張拉，往往按現(xiàn)行知規(guī)計(jì)算的理論伸長(zhǎng)值，與實(shí)側(cè)伸長(zhǎng)值存在較大偏差，施工單位應(yīng)分析具體情況，采取正確的措施，防止預(yù)應(yīng)力不足。５３目前大量采用了自錨體系錨具，錨固損失和錨圈口摩擦損失有一最佳值，施工前必須對(duì)千斤頂限位板進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)整，以得到一個(gè)最低值。這一點(diǎn)在施工過(guò)程中往往不能引起足夠的重視。如某橋由于限位板限位量偏小，錨圈口的摩擦引起的損失達(dá)到預(yù)加力的３０％。以上是筆者根據(jù)幾年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐得出的一些體會(huì)，也是工程中常常出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，提出來(lái)與同行們討論，使我們的橋梁質(zhì)量在施工中得到及時(shí)的控制。總結(jié)以上施工過(guò)程，該裂縫產(chǎn)生的原因有以下幾個(gè)方面：3.2.1高標(biāo)號(hào)混凝土T梁一般外形尺寸較長(zhǎng)、大，采用的均為高標(biāo)號(hào)混凝土，其水泥含量高，水泥干縮性也就大，混凝土的抗拉性有不好。一旦混凝土的外表面的水分比內(nèi)部蒸發(fā)的快，雖然養(yǎng)護(hù)及時(shí)，也足以造成梁體內(nèi)外混凝土收縮不一致。相對(duì)而言，梁體外部的混凝土收縮量較內(nèi)部的大，這是造成梁體出現(xiàn)裂縫的原因之一。3.2.2混凝土沉降腹板在澆注完成后，依舊受附著式振動(dòng)器振動(dòng)，其本身還有一定的微量下沉空間，連續(xù)澆筑頂板混凝土后，腹板混凝土也就完成了其大部分的微沉，而梁頂板與腹板相連接處的梗部混凝土因鋼筋阻礙無(wú)法隨腹板混凝土的微沉而下沉，因而在梁梗部形成簿弱線，尤其在鋼筋布設(shè)處的混凝土最為簿弱，所以混凝土在此處因腹板混凝土局部下沉而產(chǎn)生拉應(yīng)力，容易將混凝土拉裂縫。3.2.3混凝土保護(hù)層不足在澆筑過(guò)程中，由于鋼筋受到踩踏，混凝土下料高度過(guò)高沖擊鋼筋骨架，鋼筋保護(hù)層變薄，造成鋼筋下無(wú)粗集料的現(xiàn)象。就是說(shuō)，在保護(hù)層不足的鋼筋下，只剩下高標(biāo)號(hào)的水泥砂漿，而其突出特點(diǎn)是易裂，這也是梁梗部產(chǎn)生裂縫的原因之一。3.3預(yù)防措施造成梁體裂縫的原因大體就是上述的三條，針對(duì)這三條原因所采取的措施是：（1）、增加腹板混凝土施工后的合理技術(shù)間隙時(shí)間（在混凝土初凝時(shí)間內(nèi)），以便盡量完成混凝土剩余的自沉。（2）、增加頂板混凝土二次復(fù)振，使頂板混凝土沉實(shí)并與腹板密貼，同時(shí)也要加強(qiáng)振搗，消除鋼筋外混凝土難以振實(shí)的缺陷。（3）、要控制好混凝土的保護(hù)層厚度，特別是梁體的薄弱部位要特殊處理，增加墊塊，嚴(yán)禁踩踏鋼筋等。（4）、在梁梗部，合理增加抗裂鋼筋網(wǎng)，減少裂縫產(chǎn)生的幾率。（5）、保證施工人員規(guī)范操作、機(jī)械設(shè)備配置合理等一些作業(yè)常識(shí)。3.4對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生裂縫的梁處治辦法對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫，首先應(yīng)在裂縫末端鉆眼截住裂縫，以防止繼續(xù)開(kāi)裂。截住縫鉆孔深度宜小于或等于裂縫端部的縫深，隨即對(duì)裂縫進(jìn)行破口檢查，檢查裂縫深度；其次分析梁體裂縫處的應(yīng)力狀態(tài)，包括施工階段和使用階段；再者，分析裂縫深度和位置對(duì)梁的危害；最后，在上述分析的基礎(chǔ)上，對(duì)于允許修補(bǔ)的梁，采用目前已有的修補(bǔ)方法和自己掌握的技術(shù)水平，選擇適合的修補(bǔ)辦法給予修補(bǔ)。如上所舉實(shí)例中出現(xiàn)的T梁裂縫，其中除了第2、5兩榀梁因?yàn)榱芽p較長(zhǎng)，安全起見(jiàn)報(bào)廢外，其余的梁均采取上述裂縫處治辦法。首先進(jìn)行鉆眼止縫；其次檢查該縫裂深，最深1.5cm（到鋼筋為止），縫寬0-2.5mm；再次分析梁體裂縫處的受力狀況，該梁梗部屬受壓區(qū)，裂縫存在對(duì)于梁梗部受壓不利，且梁梗部裂縫對(duì)內(nèi)部鋼筋有銹蝕。最后制定了處治措施，具體修補(bǔ)辦法是：裂縫寬度≥0.02mm者，采用注射高強(qiáng)度混凝土粘合劑的辦法來(lái)粘結(jié)混凝土；裂縫<0.02mm者，鑿開(kāi)裂縫，采用灌注環(huán)氧樹(shù)脂砂漿來(lái)粘結(jié)修補(bǔ)裂縫。上述兩種修補(bǔ)辦法，經(jīng)過(guò)檢查，效果比較理想。

4、空心板裂縫

4.1實(shí)例

原新高速公路某標(biāo)段預(yù)制廠生產(chǎn)20m和16m預(yù)應(yīng)力空心大板，進(jìn)入冬季后，該施工單位采取了必要的冬季施工措施，冬季施工的第1塊板時(shí)室外氣溫為-1-4°C，日平均氣溫為2-5°C，該梁澆筑完成后，操作人員馬上將溫棚內(nèi)的溫度升高，溫度升高的記錄見(jiàn)表2：表2項(xiàng)目

單位

記

錄

備注時(shí)間

h

0.5

1.0

1.5

2

4

6

10

溫度

°C

1.5

6.2

8.5

11.6

13

14.2

14.8

36小時(shí)后，進(jìn)行了拆模，在空心板跨度2/5處出現(xiàn)一條1mm寬的裂縫，該裂縫貫通空心板側(cè)面和2/3底板，只有1/3底板未開(kāi)裂，試壓三天期同條件養(yǎng)護(hù)試件，強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的79.9%。第七天試壓了同期同條件養(yǎng)護(hù)的試件，其強(qiáng)度已經(jīng)上升到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的101%。于是，第七天時(shí)，對(duì)該板進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力張拉，張拉后裂縫消失，（用十倍放大鏡只能看到板梁的上1/5高以上有細(xì)微裂縫）。由于對(duì)該板不放心，經(jīng)各方面研究決定：用該板做非破壞性荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)最大荷載為120%設(shè)計(jì)荷載。在該板澆筑完成后的第31天，進(jìn)行了試載，試載過(guò)程顯示情況為：在荷載達(dá)100%設(shè)計(jì)荷載時(shí)，板底未出現(xiàn)裂縫；在荷載達(dá)到109%設(shè)計(jì)荷載時(shí)，板底出現(xiàn)一條裂縫，縫寬為0.08mm；在荷載達(dá)到115%設(shè)計(jì)荷載時(shí)，板底出現(xiàn)四條裂縫，最大縫寬為0.22mm，最大高度0.38mm，板體原橫斷面裂縫處仍無(wú)破壞現(xiàn)象；再加荷到設(shè)計(jì)荷載的123%時(shí)（由于荷載量級(jí)原因超過(guò)原計(jì)劃120%3個(gè)百分點(diǎn)），板底最大裂縫寬度加大到0.51mm，梁體原橫斷面裂縫處仍無(wú)破壞現(xiàn)象，卸載至100%時(shí)梁體的裂縫寬度消失。完全卸載后，梁體的預(yù)拱度有0.3mm的殘余變形，比預(yù)計(jì)的殘余變形小。理論上說(shuō)，該梁可以使用，但為安全起見(jiàn)，作為試驗(yàn)板，不在使用。

4.2原因分析該空心板產(chǎn)生的