浅析预应力混凝土非结构性裂缝

浅析预应力混凝土非结构性裂缝
中铁四局二公司 伍平
【摘要】：预应力混凝土结构中裂缝现象很普遍，裂缝的产生将直接影响结构的抗渗性、耐久性等，本文就预应力混凝土非结构性裂缝的产生原因进行探讨并对分析预应力混凝土梁非结构性裂缝问题的控制措施。
关键词：预应力 混凝土 非结构性裂缝 分析 防治
裂逢是混凝土结构普遍存在的现象，究其产生原因，一类是由外加荷载引起的裂缝，也称结构性裂缝或受力裂缝，这类裂缝的产生原因（1）结构设计本身的缺陷；（2）外加荷载大于设计允许荷载；（3）结构老化。另一类裂缝是由变形引起的，也称非结构性裂缝，指变形得不到满足，在构件内部产生自应力，当该自应力超过混凝土允许应力时，引起混凝土开裂。引起该类裂缝的原因主要有：（1）混凝土凝固过程中因收缩而产生裂缝，称为收缩裂缝；（2）当外界温度变化时，结构随着温度变化产生热胀冷缩变形，当这种温度变化受到约束时，在混凝土内部产生应力，当此应力超过混凝土抗裂强度，混凝土便开裂，即产生温度裂缝，大体积混凝土内水泥水化热的温度集中也会产生温度裂缝；（3）预应力产生的裂缝 （4）施工不当产生裂缝。在这两类裂缝中，非结构裂缝在梁体制造中出现比较普遍，本文主要分析混凝土非结构裂缝。
一、收缩裂缝
混凝土是由水泥、砂、石组成的非均质材料，收缩是混凝土的重要特性之一。混凝土的收缩分为凝缩和干缩。混凝土凝固时，一些水泥颗粒结合，使体积减少，称为凝缩。另一些蒸发，使体积减小，称为干缩。由于在混凝土内呈含水梯度，混凝土的干燥为从表面逐步扩展到内部的过程。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。当表面混凝土承受的拉力超过混凝土抗拉强度时，便产生收缩裂缝。收缩裂缝分布部位、裂缝方向、出现时间具有一定的规律性，裂缝形状一般呈“V”字型（外宽内窄）。
1.1原因分析
　 （1）在混凝土浇筑中，由于沙石的含泥、含灰粉，使得在凝固时吸收水分，引起混凝土凝缩。在混凝土梁上，终凝前期常表现为不规则的干缩裂缝。当混凝土强度有所发展后，收缩裂缝变得有一定的规律，裂缝发展遵循短板效应，通常是平行板的短边，形成横向裂缝。
（2）后期养护不当或养护不到位。
　 （3）在梁浇筑的工程中，梁板翼缘在模板的“模箍”作用下易出现沉实裂缝，一般缘水平分布。
　　1.2 控制措施
　 （1）控制混凝土组成级配、水灰比和坍落度，在满足浇筑要求的前提下，坍落度应尽量小。
（2）严格控制沙石含泥量。
（3）通常情况下，收缩裂缝发生在混凝土凝固的初期，特别是混凝土浇筑后一周左右，实践证明，加强混凝土早期的养护工作，是克服这类裂缝最有效的办法。拆模后不宜立即浇水养护，待混凝土梁体温度到达常温时才进行养护。
　二、温度裂缝
混凝土的温度裂缝的产生主要受结构温度应力影响。温度应力包括内约束温度应力和外约束温度应力。内约束温度应力是指结构内部某一构件单元，在非线性温差作用下纤维间温度不同，引起的应变不同而受到约束引起的应力；外约束温度应力是指梁体各部位因温度不同产生变形，当受到约束或结构外部超静定约束时，无法实现自由变形引起的应力。
2.1 原因分析
　　内约束温度力主要受混凝土初凝时水泥化学反应产生的水化热影响，导致构件温度升高，由于梁体各部位散热面积及区域内混凝土集结方量不一，出现梁体内局部温差产生温度应力，当温度应力大于混凝土此刻抗拉应力时，出现裂缝。
外约束温度力主要受梁体整体内外温差或局部构件间的温差影响，出现温度应力，引起梁体的整体或局部变形，当该变形受外部约束时，出现裂缝。
2.2控制措施
（1）严格按照混凝土浇筑时冬、夏季施工工艺，加强振捣以减少水泥水化热，同时提高混凝土密实性和抗拉强度。
（2）对厚大构件或坍落度较大混凝土梁，应分层浇筑。混凝土初凝前后应进行二次振捣，终凝前再对表面进行二次抹压。
（3）还应注意拆模时混凝土梁的内外温差，以及混凝土入模温度、模板温度。不能过早拆模。
三、预应力张拉工艺引起的裂缝
　 目前预应力梁张拉多采用后张法张拉工艺，而这种张拉工艺由于混凝土承压面局部应力集中或应力传递滞缓引起的线性隆凸，由此引起混凝土拉剪裂缝。裂缝类型如下：
　 （1）张拉端裂缝。如端部沿预应力方向的裂缝，以及在梁端非预应力区内出现的拉剪裂缝。
　 （2）在临近构件上产生的裂缝。如在张拉端边梁上出现的垂直裂缝及在板面出现的斜向裂缝。
　　3.1 原因分析
　 （1）在梁端非预应力区内出现的拉剪裂缝，是由于锚固区局部受压过大，在该区及边缘产生剪、拉应力。
　 （2）在张拉端边梁及板面上出现的裂缝，是由于预应力张拉后，在应力传递或次应力作用下产生的。
　　3.2 控制措施
　 （1）设计时应尽量减少预应力的偏心程度。
（2）视情况增加承压钢筋网片提高承压区混凝土的抗裂性。
（3）张拉时严格控制持荷时间，千斤顶加、卸力时不宜过快。
　 （4）张拉结束后，预应力并没有停止工作。甚至仍然继续在增长。因此除了在张拉操作中必须严格按照张拉顺序及张拉力伸长量来控制之外还应在张拉结束后，继续观察具体变化，禁止张拉一结束就进行钢绞线的切割施工作业。禁止立即在梁体上施加荷载。
（5）如为预制梁，应严格控制存梁时梁端悬出长度。
四、施工不当产生裂缝
在梁体制造过程中，由于施工不当也将会产生混凝土裂缝，主要表现如下：
（1）浇注混凝土前，梁的箍筋已承受了梁自身上层钢筋的重量及施工人员的活载，梁的箍筋受压弯曲，呈“鼓”形。使得该处保护层变薄，极易在该处形成中间宽，两端窄的“枣核”形裂缝。
（2）梁体混凝土浇注后处于初凝阶段，在这阶段中当混凝土结构受外力影响将导致骨料沉落或移动产生裂缝。
（3）注意预制梁装载运输架设过程中不受外力影响，防止碰撞裂缝。
五、结束语
预应力混凝土梁体非结构性裂缝在实际施工中存在现象最为普遍，梁体裂缝将影响其抗渗性引起体内钢筋及预应力筋受腐蚀，对梁体结构承载力、梁体正常使用年限等方面造成较大影响。因此在预应力梁体制造时要特别注意，通过原因分析和相应的控制措施减少梁体裂缝形成具有重要意义。
参考文献：
1、郭仕万，肖欣，赵和平.混凝土施工中的裂缝控制.山西水利科技，2000.11.
2、徐犇。《桥梁检测与维修加固百问》，人民交通出版社，2002年6月
3、鞠丽艳.混凝土裂缝抑制措施的研究进展.混凝土，2002. 5.