厦深铁路客运专线32米预应力混凝土箱梁裂缝分析与控制技术 预应力混凝土箱梁

　　摘 要在厦深铁路客运专线32米预应力混凝土箱梁预制施工过程中,通过优化耐久混凝土配合比,采用三次张拉、严格养护工艺等措施有效地控制了大体积预应力混凝土薄壁箱梁裂缝的产生。
　　关键词32m预应力混凝土箱梁;耐久混凝土;裂缝控制
　　中图分类号U2 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0077-01
　　
　　1工程概况
　　厦深铁路客运专线为设计时速250km/h的专线铁路,32米预应力混凝土箱梁的设计使用年限为100年,要求混凝土的抗裂性、护筋性,耐蚀性、抗冻性、耐磨性及抗碱--骨料反应都有更高的指标,即所谓高性能混凝土。混凝土薄壁箱梁在施工过程中更容易产生裂缝(裂缝严重的会贯穿翼缘板)、箱梁腹板内外侧竖向裂缝等现象。这些裂缝的产生无疑是对箱梁混凝土的耐久性及梁使用寿命的一个极大的挑战。
　　2混凝土裂缝机理分析
　　2.1裂缝的成因
　　研究表明,由于变形荷载引起的裂缝约占大部分以上,变形作用包括气温(日温差和年温差)、生产热源、水泥水化热引起的温度变形作用;湿度变形作用(收缩和膨胀变形),其中大部分是由于水化热引起的温度应力和收缩作用超过混凝土的抗拉强度;或从变形变角度说,则是温度和收缩变化引起的拉应力超过混凝土的极限拉伸值。实际施工中,混凝土因变形收缩所引起的裂缝。
　　2.2裂缝的基本类型
　　1)塑性收缩。发生在施工过程中,混凝土浇筑后4-5小时左右,此时水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩。塑性收缩所产生的数量级很大,可达1%左右,在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面出如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处,因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。2)缩水收缩(干缩)。混凝土结硬以后,随着表层水份逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要是缩水收缩。如配筋率较大的构件(超过3%),钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,混凝土表面容易出现龟裂裂纹。3)自身收缩。在水泥浆凝固和形成刚性骨架后,继续进行的水化反应消耗水,反应物的总体积,导致孔隙中水发生蒸发,此时产生收缩力,导致拉应力裂缝。这一般在混凝土凝结一天内最为强烈。低水胶比的混凝土反应会更显著。4)热应力裂缝。当温度升高或降低,混凝土发生膨胀或收缩,结构的体积变化受到约束,应力就会出现,它与水化热产生的结构内部温度峰值有很大关系,特别是弹性模量的变化等。弄不好就会产生裂缝。施工时应设法减少约束,如底模、侧模表面涂润滑剂等,并控制体内与体表温差或体表于环境温差。如果体内温差超过15～20℃就可能产生裂缝。
　　3裂缝控制措施
　　3.1优化混凝土配合比
　　混凝土配合比的设计,包括混凝土的原材料的选用和配比优化设计原则,除满足强度等级、水胶比、胶凝材料用量、含气量、工作性能等普通混凝土的要求外,还应满足混凝土抗裂性和氯离子渗透性能的要求。
　　1)在配合比设计阶段,首先要控制原材料的配合比,尽量避免早强、超强。配合比设计应遵循:试配阶段应进行抗裂性能的对比实验,并从中优选抗裂性能良好的混凝土原材料和配比,还要进行混凝土弹模、不同龄期自由收缩和徐变试验。
　　2)拌制混凝土时,应严格执行配合比。以前施工大都随便变更施工配合比、随便加水等不良习惯,在此应坚决杜绝。因为任何微小的变化均有可能导致混凝土性能的变化,如早期强度、弹塌落度、其他工作性能、裂缝等各种不利情况发生。混凝土的拌合应严格按照有关规定执行。
　　3.2良好的养护
　　1)等待凝固的时间正是混凝土对塑性收缩裂缝最敏感的时间,因此,需要及时养护。塑性收缩裂缝还取决于混凝土泌水、气温、相对湿度、混凝土温度、风速等因素。解决的措施就是养护,也是控制水分的蒸发,控制热量损失速率―保温隔热。对于收缩裂缝,养护至少可以延缓裂缝的产生,这对于预应力混凝土梁是很有好处的,因为到裂缝即将产生时,正好预应力已初张拉完毕。2)对于耐久混凝土箱梁,施工时应尽量减少混凝土暴露面和暴露时间,浇筑完后立即摸平进入养护程序。3)高性能的混凝土对养护的要求很高,可以说耐久性混凝土最后的成功与否、是否开裂,在配合比一定的前提下,养护期决定的作用。而养护要求与环境温度息息相关。4)养护的一般措施有:对混凝土喷雾;建挡风设施;在抹面操作过程当中,对还未来得及抹面的混凝土用塑料薄膜覆盖;使用养护剂;一次完成抹面。耐久混凝土比普通混凝土养护措施要更多、更细、更及时。
　　3.3三次张拉的工艺措施
　　厦深客运专线箱梁静载试验、静载检验的研究成果表明,先期生产少量的箱梁抗裂性能不能满足设计要求的主要原因是:混凝土在预应力张拉前已经出现早期收缩或温差裂纹,虽然预施应力后裂纹闭合,但混凝土表面抗拉强度已丧失,造成加载后该处抗裂性降低。采用带模早期张拉基严格控制拆模时梁体表面与环境温差可以有效地避免影响抗裂性的早期裂纹。为解决上述问题,厦深铁路客运专线后期制梁中已经广泛采用带模预张拉工艺,并取得了明显效果。在厦深铁路客运专线32米箱梁的施工中,为防止箱梁混凝土早期出现的裂缝,对箱梁预应力筋进行三次张拉,即预张拉、初张拉和终张拉。这里的预张拉、初张拉与以往的概念不同,以往大多是为了加快制梁台座周转,初张拉完后即移往存梁台座进行终张拉,而在此处,我们把它作为控制混凝土早期裂缝的一种工艺措施。严格按照设计院的要求:带模预张拉时,混凝土强度达到60%时,内模、端模拆除,不应对梁体收缩造成障碍。初张拉应在混凝土强度达到80%时,进行张拉,张拉后吊出台座。
　　上述出张拉的工艺措施主要是针对箱梁腹板内外侧的竖向温度应力裂缝而采取的,事实证明,这是非常有效的。
　　4有关裂缝的处理措施
　　1)表面修补法。表面修补法是一种简单、常见的修补方法,它主要适用于稳定和结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料,在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。2)嵌缝法。嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法,它通常是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等;常用的刚性防水材料为聚合物水泥砂浆。3)结构加固法。当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采用加固法对混凝土结构进行处理。常用的主要方法:加大混凝土结构的截面面积,在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
　　5结束语
　　通过在控制裂缝方面做出了一些有益的尝试,特别是三次张拉中的初张拉工艺措施。事实证明效果是良好的,工艺措施是非常有效的,裂缝产生得到了有效的控制。
　　参考文献
　　[1]铁道部经济规划研究院.客运专线铁路桥涵工程施工技术指南[M].北京:中国铁道出版社,2005.
　　[2]客运专线混凝土预制梁暂行技术条件.2005.
　　[3]客运专线高性能混凝土暂行技术条件.2005.