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預應力混凝土空心板“蒸養”裂紋產生與防范
朱國娟
【丹徒縣公路管理處 鎮江市 ２１２００２】
摘要：在預應力空心板冬季“蒸養”過程中，混凝土初期養護管理、升降溫梯度、板梁上下散熱速度差以及大梁內是否配置防裂鋼筋等都將對大梁的澆注質量產生影響，本文以南京祿口高架橋為例，對大梁的“蒸養”裂紋作了詳細分析，提出了相應的防范措施。
關鍵詞：橋梁 空心板 裂紋 防止
在現代橋梁工程中，預應力混凝土空心板梁由于其自重輕、結構性能好、施工方便等諸多有利因素而被廣泛使用，在我省已完工的滬寧高速公路、祿口機場高速公路、寧馬高速公路等許多橋梁中就普遍采用了這種結構，取得了良好的社會、經濟效益。但在冬季施工過程中，特別是當板梁的預制采用蒸汽養護時，梁體經常會出現“蒸養”裂紋。下面就以南京機場高速公路祿口高架橋為例，對空心板梁“蒸養”裂紋產生的原因及防范措施作一分析，供橋梁工程師們參考：
１ 問題的產生
祿口高架橋是南京新場高速公路的重點工程，全長２３８０ｍ，其中６０％以上的上部結構采用了先張法預應力混凝土空心板梁。該橋設計荷載為汽車一超２０，掛車－１２０，梁體混凝土標號為５０號，板梁長１９?９６ｍ，寬９９ｃｍ，高８５ｃｍ，其斷面尺寸如圖所示。大梁的預制于年底開始，為保證質量，縮短養護周期，加快施工進度，對板梁采用了蒸氣養護法。元月，氣溫驟降５～１０℃，日均溫度在０～５℃左右。當時大梁已經過靜養、升溫、恒溫、降溫等養護過程，揭開油布冷卻，發現很多梁頂部出現了裂紋，裂紋１～４條不等，裂紋寬０?１～０?２ｍｍ，深度在１～３ｃｍ，基本分布在大梁的跨中、１／４跨和３／４跨處的頂板。
２ 原因分析
２．１ 混凝土內外溫差所致。
在冬季施工過程中，因為外界溫度較低，而大梁混凝土中由于水化熱的原因產生很大的熱量，根據經驗公式：
ｔｍａｘ＝ｔｏ＋Ｑ／１０
其中：ｔｍａｘ——混凝土內部最高水化熱 ?℃?；
ｔｏ——混凝土澆筑溫度 ?℃?
Ｑ——每立方混凝土中水泥用量 ｋｇ／ｍ３；
可計算出混凝土內部最高溫度ｔｍａｘ＝５℃＋４６２／１０＝５１?２℃
本例混凝土配比中水泥用量為４６２ｋｇ／ｍ３?
當油布掀開后，混凝土表面遇冷將發生急劇收縮，而內部混凝土因水化熱尚未完全消失而發生較大的內外溫差，從而形成一種內脹外縮的現象，導致混凝土表面產生裂縫。
２．２ 梁體頂板與底板收縮不一致
大梁橫斷面尺寸可以看出，頂板較薄，一般為７～８ｃｍ，而下底板較厚，一般為１５～１６ｃｍ，當油布掀開后，上頂板的冷卻將快于下底板、收縮也將大于、快于下底板，而此時埋設于大梁底部的鋼鉸線尚未剪索，梁體預應力尚未得到再加上上頂板布筋少，抵不住這種大的拉應力，從而導致了頂部裂縫的產生。
２．３ 養護時降溫梯度過快。
據當時的施工記載和監理抽測，部分大梁降溫時降溫梯度在１０～１５℃，而根據《公路橋涵施工技術規范》明確規定，當表面系數等于或大于６時，降溫速度不得超過５℃，而在該例中，大梁表面系數已達１１?９１ｍ２／ｍ３，降溫梯度明顯高于規范要求。?表面系數為結構冷卻面積與結構體積之比?
３ 防范措施
３．１ 加強混凝土梁的養護管理。在梁體混凝土溫度冷卻至與外界溫度相近時，方可拆除加熱養護結構的模板和保溫層?如油布?；當混凝土與外界氣溫相差大于２０℃而要拆除模板時，混凝土表面應加以覆蓋，并使其緩慢冷卻，嚴禁提前掀開油布。
３．２ 大梁冬季施工采用蒸汽養護時，應適當增加大梁內的抗裂鋼筋。可在大梁的頂部及兩側適當增加縱向非預應力鋼筋，以提高這部分混凝土的抗拉能力，防止裂紋的出現。施工時可考慮在大梁的頂部增加２根Φ１２鋼筋，在大梁兩側增加４根Φ８的鋼筋。
３．３ 提前釋放預應力。在大梁梁體冷卻至５～１０℃時應立即拆模，當混凝土強度達到設計強度的９０％時，應剪索，完成對大梁施加的予應力。
３．４ 嚴格控制升降溫梯度。嚴格按規范規定，控制升降溫梯度。當表面系數大于６時，升溫速度不超過１０℃；恒溫溫度不超過６０℃；降溫速度不超過５℃，從而避免升溫過程中的膨脹裂縫和降溫過程中的收縮裂縫。
４ 結束語
事實表明，采用了以上防范措施后，祿口高架橋在后來施工的近千塊板梁中再未出現裂紋，從而有效地解決了預應力板梁的冬季蒸養裂紋的問題。
參考文獻
〔１〕公路橋涵施工技術規范．人民交通出版社
〔２〕嚴家亻及．道路建筑材料．人民交通出版社
〔３〕鄔曉光，俞向東．橋梁施工技術．西北工業大學出版社
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2004-12-06
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