预制预应力混凝土方桩产生裂缝原因与对策措施

2015-10-21 17:10王良忠
建筑工程技术与设计 2015年33期
关键词:裂缝温度对策

王良忠

【摘要】预制预应力钢筋混凝土方桩时,桩身表面出现各种裂缝,严重影响方桩内在和外观质量,大大降低了桩基的耐久性,给工程带来隐患。本文重点分析了裂缝产生的原因、解决措施和对策。

【关键词】 收缩; 温度; 裂缝; 对策

预制预应力钢筋混凝土方桩时,桩身的局部表面,往往出现收缩裂缝、横向、纵向及环向裂缝,甚至出现贯穿裂缝等现象。

1 原因分析

预制预应力钢筋混凝土方桩产生裂缝的原因是多方面的,归纳起来一是混凝土在硬化过程中受各种因素影响而产生的变形,这类变形会使混凝土桩出现拉应力从而引起开裂; 二是在施工过程中,对施工工艺控制不严和操作中存在问题,会引起桩身表面开裂,甚至产生贯穿裂缝。

1.1 混凝土硬化过程中产生裂缝的原因

钢筋混凝土方桩,在硬化过程中产生的变形主要有湿胀收缩变形、温度变形和自身体积徐变3种。

(1) 混凝土的收缩变形主要是由于混凝土中水泥、砂浆等的收缩引起的。由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形结果的不同,混凝土受外部条件的影响,表面水分损失过快,变形较大,内部湿度变化较小变形较小,较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束,产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低,水泥浆体收缩越大,收缩裂缝越易产生。收缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝。试验证明,混凝土的用水量每增加1%,收缩率则增大2%~3%。混凝土骨料最大粒径越小,级配越差,其收缩率越大。混凝土的收缩率通常为1.5 ×10-4,即每延米混凝土收缩0.15 mm。

(2) 温度裂缝多发生在温差变化较大地区或气温突变的时候。混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热,试验证明,当水泥用量在350~550 kg /m3,每立方米混凝土将释放出17500~27500 kJ 的热量,使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高。大量的水化热聚积在混凝土内部不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差,从而造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力,实践证明,当混凝土本身温差达到25℃~26℃时,混凝土内便会产生大致在10MPa 左右的拉应力。

混凝土还具有热胀冷缩的性质,其变形的大小常用热胀系数来表示。它随骨料的种类及配合比的不同而改变,一般在1.0×10- 5~1.2 ×10 -5 /℃之间。若取1.0 ×10-5 /℃,即温度升降1℃ 时,每米胀缩为0.01 mm。当温度升降10℃时,桩长15 m,桩身就要伸缩1.5 mm。

(3) 混凝土在硬化过程中,由于水泥水化而引起自身体积徐变。水化生成物的绝对体积不等于水泥加水的绝对体积,自身体积徐变是不能恢复的,故需要在施工中对所需的原材料、施工工艺采取相应的措施。

1.2 施工中导致裂缝的原因

钢筋混凝土方桩混凝土的施工工艺和操作中存在着各种问题。

(1) 混凝土的拌和用水量往往受设备故障、计量偏差、操作者的责任心及天气等因素的影响,与要求的配合比不一致,造成用水量偏差。

(2) 浇筑混凝土时遇到天气突变,气温陡升、陡降,加上保温措施不及时,造成桩身温度受到较大影响,产生温度变形。

(3) 钢筋混凝土方桩与其它预制构件不同,由于桩身细长的特性,决定了桩对温度等外在环境的变化较其它预制构件要敏感得多。混凝土的强度是随水泥的水化而逐渐增长的,在温暖潮湿的环境中有利于强度的持续发展。若处于干燥的环境中,水化作用趋于停止。因此加强混凝土浇筑后的28d 养护,尤其是前1~15d是十分必要的,可以确保混凝土的强度。

(4) 钢筋保护层厚度偏小造成的影响。钢筋笼尺寸误差较大、偏位以及模板高度不足,长台座底板由于地基不均匀下沉造成底板变形,空心胶囊的上浮等都影响到钢筋的保护层厚度。当保护层厚度小于2~3cm 时,桩表面极易出现横向与纵向裂缝。

(5) 胶囊因周转使用次数多而损坏或质量不好造成漏气、补气不及时、气压控制不稳或钢筋笼绑扎不牢固,常易出现纵向皱褶和裂缝,如果在抹面时再不用力压实、抹面次数少,不能在混凝土硬化前将产生的皱褶和裂缝消除,将留下隐患。

(6) 混凝土外加剂选型不好,以及混凝土适应性差、质量不够稳定、计量不准、搅拌时间不够、搅拌不匀,掺量不当都将造成桩强度发展不匀而出现裂缝。

2 对策措施

(1) 严格控制原材料,尤其是水泥与骨料的质量,选用级配好的砂石骨料,严格控制水灰比及混凝土用水量; 检查原材料的称量系统,是解决钢筋混凝土方桩裂缝的基本措施。

(2) 采用土工布覆盖浇水养护钢筋混凝土方桩,是解决桩身裂缝的有效措施。实践证明,采用保水性好的土工布进行养护效果很好,既易保水又易保温,经济上又适合大批量桩的养护。据初步统计,土工布使用时间达到2a以上,周转次数在300次以上。需要注意的几点是:

1) 待混凝土初凝,立即用潮湿土工布覆盖。

2) 土工布覆盖不得少于18h,且一直要保持潮湿。

3) 温度变化比较大时,要双层覆盖或加盖塑料薄膜。当天气炎热气温较高时,要增加淋水次数以保证土工布潮湿。

4) 一般宜用双层土工布覆盖,并保持潮湿。当气温降低时覆盖时间要相应延长,一般来说,在10℃以下,36~48h为宜。

(3) 在浇筑混凝土时,尽可能降低入模混凝土的温度。预应力钢筋张拉操作应尽可能控制在日平均气温前后,特别要控制混凝土与钢筋产生握裹力时的温度,以减少混凝土的温度变形。张拉时,要保证钢筋受力均衡,以免产生偏心力。

(4) 当台座底模板不平时要及时调平,确保其平整。对侧模板要经常检查,严格控制混凝土保护层的厚度,不得小于设计要求。

(5) 充气胶囊内气压一定要保持稳定,胶囊漏气要及时修补。如有些小孔不易被发现时,可采取补气方法来保持气压稳定。

(6) 混凝土浇筑后,根据天气的温度情况,一般控制在8~12h左右进行拆除侧钢模板。以防混凝土的变形所引起开裂。

(7) 在立钢模板前,对钢模板的底模、侧模的内侧必须涂脱模剂,脱模剂可采用石蜡、柴油、机油的混合体,具体比例底模为2:1:10,侧模为2:1:17,随着气温的变化,酌情减少石蜡的用量 。

(8) 混凝土具有热胀冷缩的性质,在底模钢板上应设置留有可以自由伸缩的伸缩缝。每间隔10~15m 设置1处伸缩缝,伸缩缝宽5~10mm,并贴上止浆橡胶条,以防漏浆,使混凝土可以自由伸缩避免产生裂缝。

(9) 混凝土表面抹面。一是要及时,二是要压实,不能使混凝土在硬化后留有裂缝。一般抹面要进行2~3 次以上,最后一次要在混凝土硬化前进行,特别是掺外加剂的混凝土,要在内部硬化后而不是表面有硬皮时进行抹面。

(10) 做好混凝土外加剂和外掺料的选择与试验工作。选用与水泥适应性好的、质量稳定的外加剂,对外加剂、外掺料的计量一定要准确,搅拌要均匀,避免掺量过大而造成局部混凝土出现早凝或緩凝现象。

(11) 加强施工过程中混凝土的振捣工艺管理与控制。掌握并严格执行振捣器施工要领,如垂直插入,快插、慢拔,"三不靠"等,避免漏振、过振。

(12) 加强预制构件运输、存放管理。构件混凝土强度达到设计强度的75%后才可转堆存放。选用的起吊设备性能良好、起吊能力足够,吊点位置正确,吊点保护要到位。

3 结语

经过不断摸索、改进,在预制预应力钢筋混凝土方桩的施工操作中,落实了上述措施后,可以有效的改善桩身表面产生各种裂缝。

参考文献:

[1] 王铁梦,工程结构裂缝控制[M]北京: 中国建筑工业出版社, 1997,17-61.

[2] 杨静、阎培渝,建筑材料[M]2 版 北京: 中国水利电力出版社,2008,132-138.

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