后张法预应力混凝土箱梁裂缝成因分析及预防措施
高速铁路和客运专线是《中长期铁路网规划》中投资规模大、技术标准严、科技含量高、建设里程长，在世界铁路史上前所未有的工程。京沪高速铁路是《中长期铁路网规划》中投资规模最大、技术含量最高的一项工程，也是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路, 正线全长约1318km，与既有京沪铁路的走向大体并行，全线为新建双线，设计时速350km，初期运营时速300km，最高车速度可达370km。某梁场承担着京沪高速铁路某特大桥箱梁的预制工作。在箱梁的预制过程中发现箱梁仍然部分存在裂纹的现象，经过现场工程调查，查阅了国内外有关资料，并进行了试验，采取了有效措施消除了这一现象。现将裂纹产生的一些规律、原因分析和控制办法作以阐述如下。
1 裂缝的概念
裂缝是固体材料中的某种不连续现象，在理论上属于结构材料强度理论范畴。箱梁裂缝指混凝土硬化过程中，由于混凝土脱水，引起收缩，或者受高温高低的温差影响，引起胀缩不均匀而产生的裂缝。
2 特征
箱梁裂缝主要分布在腹板、顶板、底板以及横隔板上，从裂缝的力学特征来看，箱梁梁内裂缝主要存在着纵向弯曲裂缝、剪切裂缝、横向弯曲裂缝、扭转裂缝和局部受力裂缝，具体表现为预应力筋没有“覆盖”而截面又未经校验的裂缝、支承处箱梁横隔板中裂缝、腹板主拉应力斜裂缝、顶板中由于横向预应力布置不当引起的横向弯曲裂缝、温度收缩裂缝和强大预加力锚固处局部劈裂裂缝等 (如表1)。
3 裂缝的原因
(1) 荷载引起的裂缝。混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。 (2) 温度变化引起的裂缝。 (3) 收缩引起的裂缝。 (4) 地基础变形引起的裂缝。 (5) 钢筋锈蚀引起的裂缝。 (6) 冻胀引起的裂缝。 (7) 施工材料质量引起的裂缝。混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。 (8) 施工工艺质量引起的裂缝。
4 如何进行裂缝控制的相关措施
(1) 宜选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸水泥，充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。大量试验研究和实践表明，每立方米混凝土的水泥用量增减10kg，其水化热将使混凝土的温度相应升高或降低1℃。 (2) 掺加粉煤灰和外加剂。在满足强度等设计指标要求的情况下，掺加原状或磨细粉煤灰，可以降低混凝土中水化热，减少绝热条件下的温升，提高混凝土的后期强度及抗裂能力，效果非常显著。试验表明：掺加20%粉煤灰的水泥混凝土，其温升和水化热约为未掺粉煤灰的水泥混凝土的80%。外加剂由于其减水作用和分散作用，在降低用水量和提高强度的同时，还可以降低水化热，推迟放热峰出现的时间，从而减少温度裂缝发生的可能性。 (3) 控制混凝土出机温度和浇筑温度。 (4) 改进振捣工艺和养护工艺。 (5) 混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件，是一个十分重要和关键的工作。养护条件对混凝土的收缩影响很大，养护14天的收缩比养护3天的收缩降低约20%。环境相对湿度越低，风速越大，收缩越大，高空浇灌容易引起开裂，如高架桥梁及桥墩。同时在潮湿的条件下，可使水泥水化充分、完全，从而提高混凝土的抗拉强度。 (6) 要严格控制混凝土单位用水量在170kg/m3以下，水灰比在0.6以下，在满足浇筑要求时，尽可减少坍落度。 (7) 混凝土搅拌时间适当，过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷。 (8) 混凝土浇筑时，下料不宜太快，防止堆积或振捣不充分。 (9) 在炎热的夏季和大风天气，为防止水分激烈蒸发，形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝，应采取措施缓凝和覆盖。 (10) 遵循“精料供应”的原则，混凝土中的较大含泥量及其它杂质可以明显地降低混凝土的抗拉性能, 有的混凝土骨料中混入有害膨胀物引起混凝土的崩裂。 (11) 从减少收缩的角度出发, 宜采用中低水泥和粉煤灰水泥。不同水泥混凝土的干燥收缩按其大小顺序排列为:矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥。 (12) 严格控制单方混凝土用水量。混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大, 在同一水泥用量条件下, 混凝土的干燥收缩和用水量成正比, 成直线关系;当水泥用量较高的条件下, 混凝土的干燥收缩随用水量的增加而急剧增大。 (13) 合理使用“双掺”技术。为降低用水量, 掺加适当数量干燥收缩小的、减水率高、分散性好的外加剂是非常必要的。矿渣、硅藻土、火山灰等粉状掺合料, 一般都会增大混凝土的干燥收缩。但是质量良好, 含有大量球状颗粒的一级粉煤灰, 由于内比表面积小, 需水量少, 却能降低混凝土的干燥收缩值。 (14) 掺加膨胀剂补偿收缩。在地下室和防水工程中, 掺加入适量的膨胀剂可以起到收缩补偿作用, 有利于防止裂缝。但一定要严格控制掺量保证混凝土有足够的强度, 否则混凝土会肿胀和开裂。 (15) 养护时间和方法。混凝土浇筑面受到风吹日晒, 表面干燥过快, 产生较大的收缩, 受内部混凝土的约束, 在表面产生拉应力而开裂。必须在混凝土终凝之前进行早期保温、保湿养护。 (16) 合理配置构造钢筋、重视施工质量。混凝土的配筋对于收缩值起一定的约束作用, 但与配筋率的高低有关。构造钢筋细一点密一点可以提高混凝土的极限拉伸。有些桥梁工程的桥墩由于施工质量及过大的坍落度, 形成了中部骨料多, 外部或表面砂浆厚, 从而形成极不均匀的收缩, 砂浆和水泥浆的收缩比混凝土的收缩约增加2～5倍。
5 结语
综上所述，只要我们在技术要求上、施工工艺上、材料选用上、浇铸混凝土的事前、事中、事后预于有效的控制，箱梁裂缝的出现是可以有效的消除和减少的。
摘要：裂缝是固体材料中的某种不连续现象, 在理论上属于结构材料强度理论范畴。箱梁裂缝指混凝土硬化过程中, 由于混凝土脱水, 引起收缩, 或者受高温高低的温差影响, 引起胀缩不均匀而产生的裂缝。如何消除或者有效减少箱梁裂缝, 这是工程师们在箱梁预制和现浇梁施工过程中常抓不懈的工作。
关键词：后张法混凝土箱梁,裂缝成因,预防措施
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