大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁中裂縫的成因及控制

1、<p>　　大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁中裂縫的成因及控制</p><p>　　摘 要：隨著我國建筑業(yè)的飛速發(fā)展，各種大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。本文對大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的施工中混凝土裂縫的產(chǎn)生及控制措施進行了探討，以此達到提高混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的目的。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：大跨度預(yù)應(yīng)力；混凝土；轉(zhuǎn)換梁；控制 </p><

2、;p>　　中圖分類號：TU375 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　隨著國內(nèi)外高大建筑數(shù)量的不斷增多，建筑結(jié)構(gòu)向大跨度、大空間的方向發(fā)展，在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較為廣泛的預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)也相應(yīng)具有結(jié)構(gòu)構(gòu)件跨度和截面大型化的趨勢。大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的施工是建筑施工中的難點，其建造過程涉及力學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計及工程管理學(xué)等多門學(xué)科，是一項極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程。文章闡述了大跨度預(yù)應(yīng)力混

3、凝土轉(zhuǎn)換梁的施工過程中混凝土裂縫產(chǎn)生的主要影響因素，并針對混凝土配合比、施工方法等六個方面的分析，提出了施工中裂縫控制方案。 </p><p>　　一、混凝土裂縫產(chǎn)生的主要影響因素 </p><p>　　轉(zhuǎn)換大梁混凝土產(chǎn)生裂縫的主要影響因素有以下幾點： </p><p>　　1. 混凝土溫升值的影響混凝土的溫升值是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升等各種溫度的疊加之和。轉(zhuǎn)換

4、大梁多使用高強混凝土，又多使用高標號水泥，高標號水泥易產(chǎn)生較高的水化熱絕熱溫升，其收縮量較大。轉(zhuǎn)換大梁一般斷面較厚，水化熱聚在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，以上兩因素共同作用的結(jié)果使轉(zhuǎn)換大梁混凝土溫升值過大，其內(nèi)部最高溫度經(jīng)常達60℃以上。此外混凝土的澆筑溫度較高，也相應(yīng)增加混凝土的溫升值。 </p><p>　　2. 混凝土溫度變化的影響在混凝土溫升值較高的情況下，由于轉(zhuǎn)換梁混凝土內(nèi)部和表面散熱條件不同，因而形成溫度梯度，

5、使混凝土內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫，屬表層裂縫。表面裂縫的產(chǎn)生易引起梁體內(nèi)鋼筋的銹蝕，對轉(zhuǎn)換梁的耐久性會產(chǎn)生影響；而貫穿裂縫會影響結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性和防水性。所以從控制裂縫的角度而言，應(yīng)著重采取措施避免轉(zhuǎn)換梁混凝土截面貫穿性裂縫的產(chǎn)生。 </p><p>　　3. 混凝土收縮變形的影響混凝土的收縮變形指混凝土的干縮和碳化收縮。由于混凝土內(nèi)部濕度的不均勻，其收

6、縮變形也隨之不均勻，這樣就在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力；若混凝土的收縮變形受結(jié)構(gòu)外部約束條件的反作用，從而產(chǎn)生約束收縮變形的應(yīng)力，也視為收縮應(yīng)力。當混凝土的收縮應(yīng)力大于混凝土抗拉強度時，即產(chǎn)生收縮裂縫?；炷潦┕r使用的泵送混凝土具有較高的流動性，水占的比重較大，增大了混凝土的收縮量，與抗裂的要求相互矛盾，故在滿足混凝土泵送的坍落度下限條件下應(yīng)盡可能降低水灰比。在混凝土工程施工中還應(yīng)嚴格控制砂、石骨料的含水率，并通過計算機合理調(diào)整配料

7、的水灰比，進一步減少用水量。 </p><p>　　二、混凝土工程施工中的裂縫控制 </p><p>　　在轉(zhuǎn)換梁的混凝土工程施工當中，為保證混凝土澆筑質(zhì)量，確保結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的安全性和耐久性，就要通過控制混凝土絕熱溫升，延緩混凝土降溫速率等方法來減少或避免混凝土中溫度裂縫和收縮裂縫的出現(xiàn)。具體措施如下： </p><p>　　1. 混凝土配合比設(shè)計及材料選用 <

8、/p><p>　?。?） 降低水泥用量由于混凝土中水泥用量與產(chǎn)生的水化熱溫升大致呈正比關(guān)系，因此在保證混凝土強度及流動性的前提下，應(yīng)優(yōu)化混凝土的配合比設(shè)計，減少水泥用量，降低混凝土的絕熱溫升。 </p><p>　?。?） 摻加粉煤灰粉煤灰是泵送混凝土的重要組成部分。在混凝土中摻入一定摻量具有優(yōu)良性質(zhì)的粉煤灰（不低于Ⅱ級），受粉煤灰的火山灰活性效應(yīng)及微珠效應(yīng)的影響，混凝土強度還有所增加（包括早

9、期強度），密實度增加，收縮變形有所減少，泌水量下降，坍落度損失減少。將粉煤灰與減水劑一同摻入混凝土稱為“雙摻技術(shù)”，通過應(yīng)用“雙摻技術(shù)”能起到降低水灰比，減少水泥漿量，提高混凝土可泵性的良好效果；特別是可明顯地延緩水化熱峰值的出現(xiàn)，降低混凝土內(nèi)部絕熱溫升峰值，其收縮變形也有所降低。 </p><p>　?。?） 摻加減水劑混凝土中摻加減水劑，能保持混凝土工作性質(zhì)不變而顯著減少拌和水和水泥用量10% 左右，降低水灰

10、比，改善和易性；同時降低水化熱量，減緩水化速度，使溫升時間延長；降低水化熱峰值，使混凝土的表面溫度梯度減小。 </p><p>　　2. 混凝土施工方法 </p><p>　　根據(jù)混凝土的配合比和預(yù)計的施工氣候及現(xiàn)場條件，可采用大體積混凝土結(jié)構(gòu)三維有限元溫度分析程序，對轉(zhuǎn)換梁整個施工過程中的溫度狀況進行分析和計算，掌握混凝土在施工中和澆筑后一個月內(nèi)各部位溫度的變化規(guī)律，為轉(zhuǎn)換梁的混凝土施工

11、提供科學(xué)的依據(jù)。 </p><p>　　相應(yīng)地在施工方法上可采取下列措施以防止混凝土溫升值過大和提高混凝土抗拉強度：控制混凝土的出機溫度和澆筑溫度。 </p><p>　　規(guī)范規(guī)定混凝土澆筑溫度不宜超過28℃，降低混凝土的澆筑溫度，也就是相應(yīng)地降低了混凝土內(nèi)部的最高溫度，并減少了結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差，同時延長了混凝土的初凝時間。在常溫中進行混凝土澆筑施工時可在攪拌用水中加冰塊，使攪拌水溫控制在4

12、℃-8℃之間，以起到降低混凝土澆筑溫度的作用。 </p><p>　　采用分層次澆筑施工的方法，按每層厚300-500mm 進行連續(xù)澆筑，并在前一層混凝土初凝之前，將后一層混凝土澆筑完畢。 </p><p>　　采用疊合梁原理將轉(zhuǎn)換梁按疊合構(gòu)件進行施工，即通過沿梁高度方向設(shè)置水平施工縫將梁分割成幾個厚度較大的層次，在上一層次混凝土澆筑完成達到一定強度且其中溫度分布及變化己趨于均衡的情況下，

13、再進行下一層次混凝土的澆筑。此辦法將可緩解大體積混凝土水化熱高、內(nèi)外溫差過大等對裂縫控制的不利影響；同時，即使在裂縫出現(xiàn)的情況下，也不易形成貫穿梁體截面上下的裂縫。 </p><p><b>　　3. 構(gòu)造措施 </b></p><p>　　有研究結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)換梁施工中，為使構(gòu)造鋼筋能與混凝土較好地協(xié)同工作共同抵抗溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，起到溫度筋的作用，配筋采用8-1

14、4mm的鋼筋和100-150mm 的間距比較合理；全截面的構(gòu)造鋼筋配筋率不宜低于0.3%，應(yīng)在0.3%-0.5% 之間。 </p><p>　　因此，在設(shè)置轉(zhuǎn)換大梁橫向構(gòu)造鋼筋時，宜選用小直徑、小間距的配筋；必要時也可應(yīng)用等強代換的原則，將原設(shè)計構(gòu)造配筋進行轉(zhuǎn)換。在確定施工方案時，應(yīng)事先對混凝土中的溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力、約束應(yīng)變和相應(yīng)的混凝土抗拉強度以及極限拉伸值進行對比驗算，若所配置的構(gòu)造鋼筋不能起到抵抗約束應(yīng)變

15、的作用，可適當增配溫度筋，能有效地提高混凝土的抗裂性能。 </p><p>　　4. 混凝土養(yǎng)護措施 </p><p>　　在進行轉(zhuǎn)換梁的大體積混凝土施工后，應(yīng)采取養(yǎng)護措施控制混凝土內(nèi)部與外表面溫度，使其溫差小于25℃；并延緩混凝土降溫速率，防止混凝土降溫速度過快，實際工程中可采用蓄熱保溫法進行養(yǎng)護。 </p><p>　　蓄熱保溫法，即在轉(zhuǎn)換梁混凝土裸露表面和模板

16、四周覆蓋保溫材料，可減少混凝土表面的熱擴散，減小混凝土表面與中心的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫；并延長散熱時間，充分發(fā)揮混凝土的潛力和材料的松弛特性。使混凝土總溫差所產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強度。混凝土表面所需覆蓋的保溫材料厚度可根據(jù)熱交換原理，依據(jù)施工手冊中的理論公式進行計算。 </p><p>　　5. 混凝土溫度監(jiān)測 </p><p>　　為進一步掌握混凝土溫升值的高低和不同深度處溫

17、度升降變化規(guī)律，在混凝土內(nèi)部與外表面溫差過大或溫降速率過快的情況下提供預(yù)警，須在混凝土澆筑后對其進行溫度監(jiān)測。施工中應(yīng)在不同的深度下測溫管，離混凝土表面100-150mm 處必須測溫，在混凝土內(nèi)部中心偏下部位也應(yīng)測溫，否則不易控制混凝土內(nèi)部的溫度。發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部溫度與外表面溫度差值大于25℃或降溫速率過快時，應(yīng)采取保溫或養(yǎng)護措施以控制混凝土裂縫的產(chǎn)生。 </p><p>　　6. 裂縫的檢測與處理 </p&

18、gt;<p>　　由于轉(zhuǎn)換梁混凝土體量大，且所用混凝土強度等級較高，易產(chǎn)生較高的水化熱；施工階段產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力不大可能完全得到控制，因此轉(zhuǎn)換梁梁體不可避免地可能產(chǎn)生一定數(shù)量的裂縫。裂縫依據(jù)其危害程度不同可分為有害裂縫和無害裂縫，有害裂縫與無害裂縫的區(qū)分有一個近似的量化的標準，即0.2mm。裂縫的寬度若大于0.2mm，梁體內(nèi)的鋼筋易受外界條件例如水的滲入以及空氣中酸性物質(zhì)的影響而引起銹蝕，從而對轉(zhuǎn)換梁的耐久性產(chǎn)生不

19、利影響，故視為有害裂縫；寬度小于0.2mm的裂縫則對轉(zhuǎn)換梁的耐久性影響不大，且在對梁體施加預(yù)應(yīng)力之后裂縫還有可能完全閉合，因此可視為無害裂縫。 </p><p>　　對裂縫的觀測可采用專門的讀數(shù)顯微鏡來進行，應(yīng)對各施工階段例如轉(zhuǎn)換梁預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉前后的混凝土裂縫寬度均進行觀測，掌握其寬度變化規(guī)律，為后期裂縫處理方案的制定提供依據(jù)。 </p><p>　　為提高轉(zhuǎn)換梁的耐久性，需對梁體的裂縫

20、進行表面的封閉，可采用向?qū)挾却笥?.2的裂縫注入環(huán)氧樹脂或特細水泥漿等膠凝材料對構(gòu)件進行密封補強。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]王頂堂.大體積混凝土裂縫控制技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2008. </p><p>　　[2]黃翠娟.淺談高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)梁式轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)[J].科