桥梁工程中预应力混凝土裂缝初探

赵占林

摘要：预应力混凝土是在第二次世界大战后迫切要求恢复战争创伤，从西欧迅速发展起来的。我国近年来在土木工程投资及建设规模方面均居世界前列。在混凝土工程技术，预应力技术应用方面也取得了巨大进步。文章对桥梁工程中预应力混凝土裂缝进行了分析。

关键词：桥梁工程；预应力混凝土；裂缝分析；防治措施

中图分类号：TE345

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)03-0056-02

预应力混凝土桥梁的发展与施工技术的发展是密不可分的，施工技术水平直接影响桥梁的跨径，线型，截面形式等。预应力混凝土连续梁在初期大多采用满布支架法施工，其跨度一般在40以内，且施工周期长，施工用料多。60年代预应力混凝土桥梁引入悬臂施工法以后，预应力连续梁桥得以迅速发展，其跨越能力达200以上，适用范围也不断扩大。悬臂拼装法将大跨桥梁化整为零，施工简便，拼装工期短，速度快，特别对于多跨长联桥(跨度在100以内)是一种效率高而且经济的施工方法。预应力连续梁的施工方法还有顶推法，移动模架法，逐孔架设法等。近年来由乌克兰的工程师发明的新型预应力技术是介于先张拉法和后张拉法之间的工艺。它是在浇捣混凝土尚未凝固的时候施加预应力，混凝土在压力的情况下固结。施加这种预应力需要用特殊的可滑动的模板及能把压力传给混凝土的装置。它可使同样配筋率情况下梁的承载力提高25％～34％，柱的承载力提高75％，抗裂度不变。该方法已在重达30吨的桥梁结构中使用。

一、裂缝产生的原因分析

(一)结构设计因素

经过我方技术人员对设计图纸的分析，原设计图纸中梁体跨中20m范围内的水平构造钢筋配筋率为3‰，配筋率偏小，且分布间距偏大，梁端配筋率为6‰，混凝土收缩时所配钢筋不能完全消除混凝土的干缩变形所引起的内部应力时首先从薄弱部位开始出现裂缝。

(二)施工原材料

经过对施工所采用的各种原材料进行重新检验，发现存在以下不利因素：

1．水泥采用三峡牌p.042.5水泥，经检验符合规范要求。水泥用量为476kg/m³，水泥用量偏大。混凝土在硬化过程中，水泥水化放热，水泥用量大，水化热热量大，从而使混凝土的温度收缩应力增大。

2．碎石有石灰岩碎石和河卵石碎石两种，发现石灰岩碎石中的灰粉含量较大。灰粉在混凝土硬化凝结时吸收水分，引起混凝土凝缩。

3．搅拌用水为东河河水，砂为开县乐园产中粗砂；减水剂为重庆久鑫混凝土外加剂厂生产jx-nno型高效减水剂，以上材料经检验均合格。

水泥用量偏大和碎石中灰粉含量超标是形成裂缝的原因之一。

(三)混凝土自身应力形成的裂缝

混凝土收缩分为凝缩和干缩。混凝土的干燥过程是从表面逐步扩展到内部的，在混凝土内呈含水梯度。因此产生表面收缩大，内部收缩小的不均匀收缩，致使表面混凝土承受拉力，内部承受压力。当表面混凝土所受的拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。

(四)模板及制梁台座

制梁台座由c25级混凝土浇注而成，经过几次使用之后，局部表面已非常不光滑，模擦系数增大，摩阻力也相应增大，当摩阻力超过混凝土本身承受的拉力时，这个应力集中点就会产生裂缝。

(五)施工工艺

1．混凝土的拌制：搅拌设备为500型强制式搅拌机，拌和时间为每盘料大约3分钟，拌和时间适中，坍落度为9-13cm，拌和过程中有不均匀现象。存在水灰比过大的问题，水灰比过大，混凝土干缩景增大，易产生干缩裂缝。

2．混凝土浇注：浇注过程中采用插入式振捣器为主，附着式震动器为辅(主要在梁端10米处使用)。浇注过程出现过震现象，致使混凝土表面粗细骨料离析，靠近模板表面的混凝土细骨料集中。

3．混凝土养生：由于当时白天气温大多超过30℃，最高气温达到35℃，梁体侧面不易吸附水分，气温过高加快了梁体水分的蒸发，致使表面产生干缩裂缝。

由以上分析可知：水平构造钢筋、施工原材料、混凝土自身应力、模板及制梁台座及施工工艺的缺陷都是混凝土收缩裂缝的形成原因。各种不利因素的叠加致使梁体产生收缩裂缝。

二、裂缝的防治措施

(一)结构设计方面

混凝土构件的设计构造钢筋必须满足规范要求的最小配筋率，所使用的构造钢筋尽量采用小截面，小间距分布的形式。以避免混凝土局部收缩所引起的应力集中。

(二)原材料方面

混凝土在硬化过程中，水泥水化放热，从而使混凝土的温度收缩应力增大。所以，应在不影响强度和施工进度的情况下尽量采用低水化热水泥。水泥用量方面在不影响混凝土强度的前提下可减少15％的水泥用最，同时增加粗骨料，以补充减少水泥的体积。

根据个混凝土强度级别不同，规范对砂、碎石、施工用水的含泥量、碎石中的灰粉量的要求都有所不同。总之，所有材料都应严格控制在规范要求以内。

(三)混凝土配合比设计方面

在配制混凝土施工配合比过程中，在满足混凝土强度的前提下，减小水泥用量。满足施工要求的情况下采用最小水灰比。

(四)混凝土施工过程控制

1．混凝土的拌制：每盘混凝土的拌和时间应控制在2～3分钟左右，搅拌时间不宜过长也不能过短，过短搅拌不均匀，过长会破坏材料结构；混凝土浇注过程中多做几次坍落度实验，严格控制施工水灰比。

2．混凝土浇注：浇注过程中采用插入式振捣器为主，附着式震动器为辅(主要在梁端10米处使用)。附着式震动器应采用间歇式震动，每次开启的时间大约为30秒左右，以避免浇注过程出现过震现象，以使混凝土产生离析。插入式振捣器的振捣间距应不大于插入式振捣器的振捣半径1.5倍，以避免浇注过程出现漏震现象。

3．混凝土养生：当施工气温大超过30℃，梁体水分的蒸发非常快，且梁体侧面不易吸附水分，如果梁体表面的水分被蒸发，梁体表面的混凝土要进行水泥的水化和硬化反应，就会吸取梁体内部的水分，从而加快混凝土的干缩。要使梁体有足够的水分进行水泥的水化和硬化反应，就必须即时对预应力构件进行洒水养生。规范要求洒水养生的间隔时间最小为2小时，必要时可减为1.5小时一次。

夏季施工时。若混凝土在浇注完毕，拆模以前气温超过30℃时，在浇注完毕12小时后可在模板外层进行洒水降温。以避免由于内部温度过高，体积膨胀过大，在冷却后体积收缩过大而产生收缩裂缝。养生时间要保持到施加预应力之后。

三、结语

为适应我国经济的发展，缓解交通问题给人们生产生活带来的不便，预应力混凝土结构的应用范围将更加广阔，因此我们应加强提高预应力技术水平的科研工作。和发达国家相比，我们预应力混凝土工程的研究相对落后。凭借我们已有的强大队伍，和一些单位在预应力技术推广应用中的创收实力完全可以承担和完成这项重要的科研任务。同时，设计和施工的分离也是影响我国预应力混凝土结构迅速发展的因素之一。因此有必要成立大型强而有力的预应力混凝土工程公司，承担重大预应力混凝土工程，并担负新技术开发研究，并做好与设计和施工之间的联系，以提高我国的预应力技术水平。