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浅析预应力混凝土非结构性裂纹

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-07-16  来源:混凝土机械网  作者:混凝土机械网  浏览次数:634
核心提示:摘要:预应力混凝土结构中裂纹现象很普遍,裂纹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纹的产

摘要:预应力商品混凝土结构中裂纹现象很普遍,裂纹的产生将直接影响结构的抗渗性、耐久性等,本文就预应力商品混凝土非结构性裂纹的产生原因进行探讨。

关键词:预应力;商品混凝土;非结构性裂纹;分析;防治

Abstract: prestressed concrete structure crack phenomenon is very common, cracks will directly affect the structure of the seepage resistance, durability, etc., in this paper, the causes of non prestressed concrete structural cracks are discussed.

Key words: prestressed; Concrete; Non-structural cracks; Analysis; The prevention and control

中图分类号:TU528.571文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)

裂逢是商品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纹,也称结构性裂纹或受力裂纹,这类裂纹的产生原因(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。另一类裂纹是由变形引起的,也称非结构性裂纹,指变形得不到满足,在构件内部产生自应力,当该自应力超过商品混凝土允许应力时,引起商品混凝土开裂。引起该类裂纹的原因主要有:(1)商品混凝土凝固过程中因收缩而产生裂纹,称为收缩裂纹;(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,在商品混凝土内部产生应力,当此应力超过商品混凝土抗裂强度,商品混凝土便开裂,即产生温度裂纹,大体积商品混凝土内水泥水化热的温度集中也会产生温度裂纹;(3)钢筋锈蚀引起的裂纹。(4)预应力产生的裂纹。(5)冻胀引起的裂缝。

1.收缩引起的裂纹 在实际工程中,商品混凝土因收缩所引起的裂纹是最常见的。在商品混凝土收缩种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生商品混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和炭化收缩。塑性收缩。发生在施工过程中、商品混凝土浇筑后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,商品混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时商品混凝土尚未硬化,称为塑性收缩。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纹。在构件竖向变截面处如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纹。为减小商品混凝土塑性收缩,施工时应控制水灰比,避免过长时间的搅拌,下料不宜太快,振捣要密实,竖向变截面处宜分层浇筑。 1.1缩水收缩(干缩)

商品混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,商品混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩)。因商品混凝土表层水分损失快,内部损失慢,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商品混凝土的约束,致使表面商品混凝土承受拉力,当表面商品混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂纹。商品混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件(超过3%),钢筋对商品混凝土收缩的约束比较明显,商品混凝土表面容易出现龟裂裂纹。 1.2自生收缩

自生收缩是商品混凝土在硬化过程中,水泥与水发生水化反应,这种收缩与外界湿度无关,且可以是正的(即收缩,如普通硅酸盐水泥商品混凝土),也可以是负的(即膨胀,如矿渣水泥商品混凝土与粉煤灰水泥商品混凝土)。 1.3炭化收缩

大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生,且随二氧化碳的浓度的增加而加快。炭化收缩一般不做计算。 1.4产生收缩裂纹的主要原因

商品混凝土收缩裂纹的特点是大部分属表面裂纹,裂纹宽度较细,且纵横交错,成龟裂状,形状没有任何规律。研究表明,影响商品混凝土收缩裂纹的主要因素有: 1.4.1水泥品种、标号及用量

矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥商品混凝土收缩性较高,普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥商品混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大,则商品混凝土收缩越大,且发生收缩时间越长。例如,为了提高商品混凝土的强度,施工时经常采用强行增加水泥用量的做法,结果收缩应力明显加大。 1.4.2骨料品种

骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低;而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小,含水量大收缩越大。 1.4.3水灰比

用水量越大,水灰比越高,商品混凝土收缩越大。1.4.4外掺剂

外掺剂保水性越好,则商品混凝土收缩越小。1.4.5养护方法

良好的养护可加速商品混凝土的水化反应,获得较高的商品混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长,则商品混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式商品混凝土收缩要小。 1.4.6外界环境

大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大,则商品混凝土水分蒸发快,商品混凝土收缩越快。1.4.7振捣方式及时间

机械振捣方式比手工捣固方式商品混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定,一般以5~15s/次为宜。

时间太短,振捣不密实,形成商品混凝土强度不足或不均匀;时间太长,造成分层,粗骨料沉入底层,细骨料留在上层,强度不均匀,上层易发生收缩裂纹。 2.温度变化引起的裂纹

2.1温度应力的分类

商品混凝土的温度裂纹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。

2.2产生温度裂纹的主要原因

经分析,预应力商品混凝土梁产生温度裂纹的主要原因有:

内约束温度力主要受商品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商品混凝土集结方量不一,出现梁体内局部温差产生温度应力,当温度应力大于商品混凝土此刻抗拉应力时,出现裂纹。

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,出现裂纹。

3.钢筋锈蚀引起的裂纹由于商品混凝土质量较差或保护层厚度不足,商品混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面,使钢筋周围商品混凝土碱度降低,或由于氯化物介入,钢筋周围氯离子含量较高,均可引起钢筋表面氧化膜破坏,钢筋中铁离子与侵入到商品混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应,其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍,从而对周围商品混凝土产生膨胀应力,导致保护层商品混凝土开裂、剥离,沿钢筋纵向产生裂纹,并有锈迹渗到商品混凝土表面。由于锈蚀,使得钢筋有效断面面积减小,钢筋与商品混凝土握裹力削弱,结构承载力下降,并将诱发其它形式的裂纹,加剧钢筋锈蚀,导致结构破坏。4.预应力张拉工艺引起的裂纹

4.1工艺造成裂纹的分类:

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商品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,由此引起商品混凝土拉剪裂纹。裂纹类型如下:

4.1.1张拉部位裂纹

如端部沿预应力方向的裂纹,以及在梁端非预应力区内出现的拉剪裂纹。

4.1.2在梁端截面薄弱处的裂纹

如在梁端出现斜向裂纹。

4.1.3在存梁支点附近的裂纹

如存梁支点两侧斜向裂纹

4.2产生工艺裂纹的原因:

经分析,预应力商品混凝土梁产生张拉工艺裂纹的主要原因有:

4.2.1在梁端非预应力区内出现的拉剪裂纹,是由于锚固区局部受压过大,在该区及边缘产生剪、拉应力。

4.2.2在梁端界面薄弱处出现的裂纹,是由于预应力张拉后,在应力传递或次应力作用下产生的。张拉结束后,预应力并没有停止工作,甚至仍然继续在增长。

4.2.3制存梁时梁端悬出长度过长造成支点位置负弯矩过大产生裂纹。

5.冻胀引起的裂缝

5.1冻胀产生裂纹的原因

大气气温低于零度时,吸水饱和的商品混凝土出现冰冻,游离的水转变成冰,体积膨胀9%,因而商品混凝土产生膨胀应力;同时商品混凝土凝胶孔中的过冷水(结冰温度在-78度以下)在微观结构中迁移和重分布引起渗透压,使商品混凝土中膨胀力加大,商品混凝土强度降低,并导致裂缝出现。尤其是商品混凝土初凝时受冻最严重,成龄后商品混凝土强度损失可达30%~50%。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。5.2温度低于零度和商品混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件

当商品混凝土中骨料空隙多、吸水性强;骨料中含泥土等杂质过多;商品混凝土水灰比偏大、振捣不密实;养护不力使商品混凝土早期受冻等,均可能导致商品混凝土冻胀裂缝。冬季施工时,采用电气加热法、暖棚法、地下蓄热法、蒸汽加热法养护以及在商品混凝土拌和水中掺入防冻剂(但氯盐不宜使用),可保证商品混凝土在低温或负温条件下硬化。

6.结束语

预应力商品混凝土梁体非结构性裂纹在实际施工中存在现象最为普遍,梁体裂纹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纹形成具有重要意义。

参考文献:

1、刘兴法.商品混凝土结构的温度应力分析[M]北京:人民交通出版社,1991

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.商品混凝土裂纹抑制措施的研究进展.商品混凝土,2002.5.

4、范立础.桥梁工程[M]北京:人民交通出版社,2001

 
 
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