導語：混凝土施加應力前裂縫分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

[摘要]通過對開縣東河大橋淹沒復建工程三片后張預應力混凝土t梁施加應力前產(chǎn)生裂縫的原因分析、處理方案的確定及處理結果的驗證，提出了預應力混凝土施加應力前收縮裂縫的防治措施。

關鍵詞：預應力混凝土裂縫分析防治

一、前言

開縣東河大橋淹沒復建工程為8×40m的后張預應力混凝土t梁構造，以下是有關施工參數(shù)：

結構類型：8孔跨徑為40m預應力混凝土t型簡支梁

混凝土設計強度：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建工程施工期間發(fā)現(xiàn)三片t梁先后出現(xiàn)裂縫。當時正直五月下旬，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60-90mm。裂縫在梁體兩測大致對稱分布。如圖1：

圖1裂縫形狀示意圖

三、裂縫產(chǎn)生的原因分析：

裂縫的出現(xiàn)引起了施工、監(jiān)理和設計單位的高度重視，會同有關專家進行了詳細的分析，分析結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。當表面混凝土所受的拉力超過其抗拉強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。

確定裂縫類型之后，我項目部技術人員會同有關專家對施工過程中的各個環(huán)節(jié)進行了分析，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、結構設計因素：

經(jīng)過我方技術人員對設計圖紙的分析，原設計圖紙中梁體跨中20m范圍內(nèi)的水平構造鋼筋配筋率為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)部應力時首先從薄弱部位開始出現(xiàn)裂縫。

2、施工原材料：

經(jīng)過對施工所采用的各種原材料進行重新檢驗,發(fā)現(xiàn)存在以下不利因素:

（1）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?；炷猎谟不^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力增大。

（2）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?；曳墼诨炷劣不Y時吸收水分，引起混凝土凝縮。

（3）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是形成裂縫的原因之一。

3、混凝土自身應力形成的裂縫：

混凝土收縮分為凝縮和干縮。混凝土的干燥過程是從表面逐步擴展到內(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。當表面混凝土所受的拉力超過其抗拉強度時，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，摩阻力也相應增大,當摩阻力超過混凝土本身承受的拉力時,這個應力集中點就會產(chǎn)生裂縫。

5、施工工藝：

（1）混凝土的拌制：攪拌設備為500型強制式攪拌機，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骨料離析,靠近模板表面的混凝土細骨料集中。

（3）混凝土養(yǎng)生：由于當時白天氣溫大多超過30℃，最高氣溫達到35℃，梁體側面不易吸附水分，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：水平構造鋼筋、施工原材料、混凝土自身應力、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，嚴重降低混凝土強度，從而影響其耐久性，縮短使用壽命，所以必須進行處理。

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者提出和推廣應用的一項新型混凝土補強技術,現(xiàn)在國內(nèi)建筑界已經(jīng)接受了這種補強技術。

（1）施工工藝

混凝土結構若出現(xiàn)0.1～0.2mm的裂縫，就會對混凝土的受力結構和內(nèi)部鋼筋產(chǎn)生一定的損害和破壞，混凝土結構規(guī)范要求大于0.2mm的裂縫都必須進行密封處理。由于混凝土結構裂縫一般都會呈現(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構，特別是處于頂部和側面的混凝土裂縫密封處理不易達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)行的最先進的混凝土灌注方法。

（2）材料特性：

密封材料特性：快速、密封性好、有一定的力學強度。使用a-64快固高強膠粘劑，壓縮強度≥60mpa，剪切強度≥3.5mpa（砼破壞），≥16mpa（鋼?鋼）。

灌注材料特性：粘度小，可灌性強，較高的力學性能，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，壓縮強度≥60mpa，剪切強度≥15mpa，與混凝土粘接力≥4mpa（砼破壞），斷裂伸長率5-10%。

（3）灌注設備：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。

（4）裂縫灌膠：裂縫灌膠分以下五步進行。

第一步表面處理，用角磨機、鑿子、砂紙沿裂縫方向除去表面油污，浮漿等雜物。

第二步布設注膠嘴：根據(jù)裂縫情況，用a-64膠布設注膠嘴，每米約3～4個。

第三步裂縫密封：用a-64膠沿裂縫方向對裂縫進行密封，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、鑿子、砂紙沿裂縫方向兩側各大于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。

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、處理結果驗證?單梁荷載試驗

處理結束后5-7天進行了張拉，在張拉過程中未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。委托重慶公路工程檢測中心對三片t梁其中裂縫最嚴重的一片進行了單梁荷載試驗。

大橋設計荷載：汽超?20級，掛車?120，人群：3.5kn/?。

（1）檢驗項目：單梁荷載試驗包括t梁的強度、剛度和抗裂性三項。

（2）應力測點與撓度測點布置

應力測點分別布置于預應力t梁跨中截面和l/4截面，在t梁腹板上布置2個測點，下緣設置1個測點，共計6個測點。如圖2

圖2應力測點與撓度測點布置圖

撓度測點分別布置于預應力t梁跨中截面和l/4截面的下緣，采用電測百分表進行豎向變形觀測。為消除支座變形的影響，試驗時還在支座處設置了觀測點，通過百分表測試其壓縮變形。

（3）試驗荷載與工況

本次檢驗對單片t梁跨中截面采用三點加載試驗的方法。試驗荷載確定按照現(xiàn)澆混凝土、二期恒載、活載（汽車+人群）在跨中截面作用彎矩與加載重物在跨中截面產(chǎn)生彎矩等效的原則，本次采用鋼軌及預制人行道板等加載，試驗荷載總重量約為56.62噸（見圖3）。共分6級加載（見表1）。

圖3三點集中加載示意圖

加載間距為跨中至兩測個4米，懸臂部分各為2米。每級加載完畢后，持續(xù)10分鐘，穩(wěn)定后讀數(shù)。卸載完畢10分鐘后，記錄殘余讀數(shù)。

表1

荷載分級荷載重量（t）跨中截面產(chǎn)生彎矩（kn?m）跨中截面設計彎矩（kn?m）效率系數(shù)

1級9.73855.915082.50.17

2級30.162620.000.52

3級40.863543.460.70

4級48.314186.650.82

5級54.234697.740.92

6級56.624903.910.96

（4）試驗儀器：本次試驗儀器有靜態(tài)應變數(shù)據(jù)采集儀ucam?1a；接點掃描箱usb?50；電測式百分表；刻度放大鏡wysx?40x。

（5）試驗結果與分析：跨中截面各級荷載作用下，所測得的跨中截面及l(fā)/4截面應力觀測結果列于表2、表3中；撓度觀測結果列于表4、表5中。[摘要]通過對開縣東河大橋淹沒復建工程三片后張預應力混凝土t梁施加應力前產(chǎn)生裂縫的原因分析、處理方案的確定及處理結果的驗證，提出了預應力混凝土施加應力前收縮裂縫的防治措施。

關鍵詞：預應力混凝土裂縫分析防治

一、前言

開縣東河大橋淹沒復建工程為8×40m的后張預應力混凝土t梁構造，以下是有關施工參數(shù)：

結構類型：8孔跨徑為40m預應力混凝土t型簡支梁

混凝土設計強度：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建工程施工期間發(fā)現(xiàn)三片t梁先后出現(xiàn)裂縫。當時正直五月下旬，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60-90mm。裂縫在梁體兩測大致對稱分布。如圖1：

圖1裂縫形狀示意圖

三、裂縫產(chǎn)生的原因分析：

裂縫的出現(xiàn)引起了施工、監(jiān)理和設計單位的高度重視，會同有關專家進行了詳細的分析，分析結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。當表面混凝土所受的拉力超過其抗拉強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。

確定裂縫類型之后，我項目部技術人員會同有關專家對施工過程中的各個環(huán)節(jié)進行了分析，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、結構設計因素：

經(jīng)過我方技術人員對設計圖紙的分析，原設計圖紙中梁體跨中20m范圍內(nèi)的水平構造鋼筋配筋率為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)部應力時首先從薄弱部位開始出現(xiàn)裂縫。

2、施工原材料：

經(jīng)過對施工所采用的各種原材料進行重新檢驗,發(fā)現(xiàn)存在以下不利因素:

（1）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力增大。

（2）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?；曳墼诨炷劣不Y時吸收水分，引起混凝土凝縮。

（3）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是形成裂縫的原因之一。

3、混凝土自身應力形成的裂縫：

混凝土收縮分為凝縮和干縮。混凝土的干燥過程是從表面逐步擴展到內(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。當表面混凝土所受的拉力超過其抗拉強度時，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，摩阻力也相應增大,當摩阻力超過混凝土本身承受的拉力時,這個應力集中點就會產(chǎn)生裂縫。

5、施工工藝：

（1）混凝土的拌制：攪拌設備為500型強制式攪拌機，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骨料離析,靠近模板表面的混凝土細骨料集中。

（3）混凝土養(yǎng)生：由于當時白天氣溫大多超過30℃，最高氣溫達到35℃，梁體側面不易吸附水分，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：水平構造鋼筋、施工原材料、混凝土自身應力、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，嚴重降低混凝土強度，從而影響其耐久性，縮短使用壽命，所以必須進行處理。

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者提出和推廣應用的一項新型混凝土補強技術,現(xiàn)在國內(nèi)建筑界已經(jīng)接受了這種補強技術。

（1）施工工藝

混凝土結構若出現(xiàn)0.1～0.2mm的裂縫，就會對混凝土的受力結構和內(nèi)部鋼筋產(chǎn)生一定的損害和破壞，混凝土結構規(guī)范要求大于0.2mm的裂縫都必須進行密封處理。由于混凝土結構裂縫一般都會呈現(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構，特別是處于頂部和側面的混凝土裂縫密封處理不易達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)行的最先進的混凝土灌注方法。

（2）材料特性：

密封材料特性：快速、密封性好、有一定的力學強度。使用a-64快固高強膠粘劑，壓縮強度≥60mpa，剪切強度≥3.5mpa（砼破壞），≥16mpa（鋼?鋼）。

灌注材料特性：粘度小，可灌性強，較高的力學性能，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，壓縮強度≥60mpa，剪切強度≥15mpa，與混凝土粘接力≥4mpa（砼破壞），斷裂伸長率5-10%。

（3）灌注設備：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。

（4）裂縫灌膠：裂縫灌膠分以下五步進行。

第一步表面處理，用角磨機、鑿子、砂紙沿裂縫方向除去表面油污，浮漿等雜物。

第二步布設注膠嘴：根據(jù)裂縫情況，用a-64膠布設注膠嘴，每米約3～4個。

第三步裂縫密封：用a-64膠沿裂縫方向對裂縫進行密封，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、鑿子、砂紙沿裂縫方向兩側各大于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。

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、處理結果驗證?單梁荷載試驗

處理結束后5-7天進行了張拉，在張拉過程中未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。委托重慶公路工程檢測中心對三片t梁其中裂縫最嚴重的一片進行了單梁荷載試驗。

大橋設計荷載：汽超?20級，掛車?120，人群：3.5kn/?。

（1）檢驗項目：單梁荷載試驗包括t梁的強度、剛度和抗裂性三項。

（2）應力測點與撓度測點布置

應力測點分別布置于預應力t梁跨中截面和l/4截面，在t梁腹板上布置2個測點，下緣設置1個測點，共計6個測點。如圖2

圖2應力測點與撓度測點布置圖

撓度測點分別布置于預應力t梁跨中截面和l/4截面的下緣，采用電測百分表進行豎向變形觀測。為消除支座變形的影響，試驗時還在支座處設置了觀測點，通過百分表測試其壓縮變形。

（3）試驗荷載與工況

本次檢驗對單片t梁跨中截面采用三點加載試驗的方法。試驗荷載確定按照現(xiàn)澆混凝土、二期恒載、活載（汽車+人群）在跨中截面作用彎矩與加載重物在跨中截面產(chǎn)生彎矩等效的原則，本次采用鋼軌及預制人行道板等加載，試驗荷載總重量約為56.62噸（見圖3）。共分6級加載（見表1）。

圖3三點集中加載示意圖

加載間距為跨中至兩測個4米，懸臂部分各為2米。每級加載完畢后，持續(xù)10分鐘，穩(wěn)定后讀數(shù)。卸載完畢10分鐘后，記錄殘余讀數(shù)。

表1

荷載分級荷載重量（t）跨中截面產(chǎn)生彎矩（kn?m）跨中截面設計彎矩（kn?m）效率系數(shù)

1級9.73855.915082.50.17

2級30.162620.000.52

3級40.863543.460.70

4級48.314186.650.82

5級54.234697.740.92

6級56.624903.910.96

（4）試驗儀器：本次試驗儀器有靜態(tài)應變數(shù)據(jù)采集儀ucam?1a；接點掃描箱usb?50；電測式百分表；刻度放大鏡wysx?40x。

（5）試驗結果與分析：跨中截面各級荷載作用下，所測得的跨中截面及l(fā)/4截面應力觀測結果。