20米預(yù)應(yīng)力砼空心板蒸養(yǎng)裂降的原因分析及對(duì)策

內(nèi)容提要結(jié)合20米預(yù)應(yīng)力砼空心板蒸養(yǎng)裂縫的工程實(shí)例，對(duì)裂縫產(chǎn)生的影響因素和原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了裂縫控制的措施和關(guān)鍵。關(guān)鍵詞砼收縮溫降極限拉伸1、20米預(yù)應(yīng)力砼空心板的工程概況20米預(yù)應(yīng)力砼空心板的工程條件設(shè)計(jì)上預(yù)應(yīng)力砼空心板設(shè)計(jì)板長(zhǎng)20米，板寬1米和板高0.8米。頂、底、腹板的最大板厚為0.3米，表面系數(shù)為16%。配筋率為0.2%，平均鋼筋直徑為16cm。砼標(biāo)號(hào)為C50。砼原材料狀況水泥采用525#普通硅酸鹽水泥，磨度系數(shù)中等。粗骨料采用5-31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石，含泥量和針片狀含量均偏高。黃砂為中粗砂，含泥量較小。采用JB202緩凝高效減水劑。砼施工配合比砼施工配合比為：水泥:砂:碎石:水:外加劑=1:1.354:3.014:0.38:1.5%.水灰比0.38,含砂率31%，水泥用量為421-440kg/m3。養(yǎng)護(hù)及模板采用蓬布加草袋本覆蓋通蒸汽養(yǎng)護(hù)。模板采用鋼模板，臺(tái)座采用水磨石砼，表面涂刷隔離劑。施工工藝4小時(shí)砼澆筑覆蓋板上部蒸養(yǎng)（35℃）6-7小時(shí)抽撥膠囊腔內(nèi)蒸養(yǎng)（40℃）降溫(與外2小時(shí)0.5-1小時(shí)界溫差小于15℃)拆除鋼模、覆蓋蒸8小時(shí)養(yǎng)（40℃）自然降溫(砼到要求強(qiáng)度)放張。1.2板蒸養(yǎng)裂縫的產(chǎn)生和性狀施工過程中發(fā)現(xiàn)板的蒸養(yǎng)裂縫均發(fā)生在拆除鋼模、覆蓋時(shí)段，氣溫低，風(fēng)速大的情況較多。有時(shí)拆除鋼模過程因準(zhǔn)備不充分，工作脫節(jié)而過程時(shí)間較長(zhǎng)，裂縫最為明顯。蒸養(yǎng)裂縫的工程性狀主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：砼裂縫為豎向裂縫；裂縫多發(fā)生在板的中間部位。有時(shí)發(fā)生多道裂縫，裂逢間距基本一致；裂縫以側(cè)面上部為多，有時(shí)和頂部形成半個(gè)環(huán)形。2、影響板蒸養(yǎng)裂縫的因素和原因2.1影響板蒸養(yǎng)裂縫的因素板蒸養(yǎng)裂縫的工作機(jī)理為：砼溫度下降和收縮引起的形變受板底臺(tái)座和鋼鉸線等的約束，致使板砼的拉伸變形超過其極限拉伸值而產(chǎn)生開裂。板的蒸養(yǎng)裂縫決定于砼收縮、溫降和極限拉伸三大指標(biāo)，然這三大指標(biāo)又受設(shè)計(jì)、原材料、配合比及養(yǎng)護(hù)等諸多方面因素的影響。具體工程條件因素對(duì)砼收縮、溫降和極限拉伸的影響見下表1。2.2板蒸養(yǎng)裂縫的原因分析（1）砼收縮、極限拉伸隨齡期的變化根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般地砼收縮隨齡期的變化為εy（t）=εyo（1-ebt）式（1）式中b——一般取0.01，養(yǎng)護(hù)較差取0.03，t以天為單位。拆除模板時(shí)齡期約1天，蒸養(yǎng)收縮約為0.02×10-4；考慮拆模過程風(fēng)速大，表面系數(shù)大其收縮約為0.06×10-4，合計(jì)約0.08×10-4。砼蒸養(yǎng)1天相當(dāng)于正常養(yǎng)護(hù)5天左右，極限拉伸提高較快。砼極限拉伸一般可按下述表達(dá)式計(jì)算εp（t）=0.8εpo（l0gt）2/3t=5天的εp（5）為1.17×10-4蒸養(yǎng)2-3天相當(dāng)于正常養(yǎng)護(hù)8天，其極限拉伸εp（8）為1.38×10-4。（2）砼溫降、收縮和極限拉伸對(duì)板蒸養(yǎng)裂縫的影響程度在拆除模板時(shí)，由于降溫速度快不應(yīng)考慮為慢速荷載，砼極限拉伸值為0.78×10-4。砼最高溫度數(shù)包括水化熱溫升約48℃，大氣溫度為5-15℃，考慮拆除模板過程降溫時(shí)間較短，實(shí)際降溫約25℃左右，砼線膨脹系數(shù)按1×10-5計(jì)，則砼溫降形變?yōu)?.5×10-4。其值為極限拉伸的3.2倍，為砼收縮的31倍。在放張前，砼極限拉伸為1.38×10-4，溫降形變?yōu)?×10-4，砼收縮約為0.1×10-4。則溫降形變?yōu)闃O限拉伸2.2倍，為砼收縮的30倍。由上述分析可知，對(duì)于板的蒸養(yǎng)裂縫，溫降影響最大，與主導(dǎo)地位，極限拉伸也較重要，砼收縮的影響很小。（3）引起板蒸養(yǎng)裂縫的主要原因從板蒸養(yǎng)施工工藝和溫降、收縮及極限拉伸對(duì)裂縫的影響程度分析，可以說拆除模板時(shí)間過長(zhǎng)，降溫過程較快是板蒸養(yǎng)裂縫的最主要原因。其次，拆除模板時(shí)氣溫低，風(fēng)速大并拆除過程時(shí)間長(zhǎng)也主要原因。3、板蒸養(yǎng)裂縫的控制措施及關(guān)鍵基于上述蒸養(yǎng)裂縫的影響因素及原因分析，對(duì)板的蒸養(yǎng)裂縫應(yīng)采取以下措施：（1）在拆除模板前對(duì)板的溫度進(jìn)行預(yù)降，降溫速度盡可能的慢一些（選5-10℃/小時(shí)），以使砼徐變，增大極限拉伸；（2）推遲拆除模板的時(shí)間，繼續(xù)蒸養(yǎng)5小時(shí)，這樣砼極限拉伸可得到較大提高；（3）做好拆除模板的準(zhǔn)備工作，縮短拆除模板過程板暴露于大氣中的時(shí)間，以減小溫降值；（4）選擇較高氣溫的時(shí)段進(jìn)行模板或保溫設(shè)施的拆除，有利于溫降值減小。特別是應(yīng)避開風(fēng)速較大的時(shí)段或采取特殊措施；（5）若上述措施采取后還不能避免蒸養(yǎng)裂縫，則應(yīng)減小前期蒸養(yǎng)溫度或整個(gè)蒸養(yǎng)溫度降低，相應(yīng)延長(zhǎng)蒸養(yǎng)時(shí)間以減小溫降值。（6）通過原材料、配合比等改進(jìn)提高砼極限拉伸，降低水化熱溫升峰值。在（1）—（6）項(xiàng)控制板蒸養(yǎng)裂縫的措施中，應(yīng)該說（1）—（4）項(xiàng)均較重要，特別是（1）、（2）兩項(xiàng)是關(guān)鍵。4、結(jié)語（1）工程實(shí)踐中，針對(duì)板蒸養(yǎng)裂縫，對(duì)溫降這一關(guān)鍵原因采取了有效措施，取得良好的成效；（2）盲目地對(duì)砼收縮甚至極限拉伸采取措施，不僅起到控制板蒸養(yǎng)裂縫的效果，而且會(huì)無端增加施工難度和工程成本。（3）板的蒸養(yǎng)工藝勢(shì)必引起預(yù)應(yīng)力損失，因素鋼鉸線的張拉噸位應(yīng)予調(diào)整。這一課題有待于進(jìn)一步探討；（4）若預(yù)應(yīng)力值預(yù)先調(diào)整后，鋼鉸線的放張只需砼達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度，無需降溫后拆除保溫設(shè)施后就可進(jìn)行。這樣可較大幅度減小放張前的溫降值。310012杭州市文三路20號(hào)建工大樓18層浙江省大成建設(shè)集團(tuán)有限公司預(yù)應(yīng)力混凝土空心板蒸養(yǎng)裂縫的研究章瑞文浙江省大成建設(shè)集團(tuán)有限公司內(nèi)容提要：分析了預(yù)應(yīng)力混凝土空心板蒸養(yǎng)施工過程的受力狀況，推導(dǎo)了板內(nèi)砼最大拉應(yīng)力和裂縫間距的計(jì)算公式；并對(duì)影響裂縫的因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出裂縫控制的關(guān)鍵。關(guān)鍵詞：最大拉應(yīng)力裂縫間距極限拉伸1、問題的提出預(yù)應(yīng)力混凝土空心板冬季施工采用蒸汽養(yǎng)護(hù)是較為常見的方法。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)可有效地提高梁板的預(yù)制進(jìn)度。然而在蒸養(yǎng)過程若對(duì)板的受力狀況和開裂原因缺乏充分的認(rèn)識(shí)，對(duì)某些環(huán)節(jié)未加重視往往會(huì)引起板的開裂。裂縫發(fā)生后若對(duì)關(guān)鍵因素采取針對(duì)性措施則完全可以避免；否則，盲目采取措施裂縫得不到有效控制且會(huì)無端增加成本，甚至最終對(duì)蒸養(yǎng)方法的可行性懷疑。不少學(xué)者對(duì)此問題已進(jìn)行過探討、研究，積累了許多經(jīng)驗(yàn)。本文基于前人的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板蒸養(yǎng)裂縫的拉應(yīng)力，裂縫間距計(jì)算方法，各因素的影響程度進(jìn)一步探討。以望蒸養(yǎng)裂縫問題研究的促進(jìn)并供工程實(shí)踐參考。2、板蒸養(yǎng)引起混凝土拉應(yīng)力、裂縫間距的計(jì)算公式推導(dǎo)2.1板蒸養(yǎng)過程的受力狀況板在蒸養(yǎng)預(yù)制過程不受任何外荷載作用，但其溫度降低、收縮引起的開變受到板底臺(tái)座和鋼鉸線等的約束，板沿縱向?qū)a(chǎn)生較大拉應(yīng)力。板的受力狀況如下圖1所示。在上述受力狀況下，板在跨中部位拉應(yīng)力最大，而對(duì)于板來就其高度遠(yuǎn)小于0.2倍的長(zhǎng)度，板靠近中部可以認(rèn)為全截面均勻受力。2.2板最大拉應(yīng)力計(jì)算公式推導(dǎo)根據(jù)圖1，在板底的任意點(diǎn)X處取dx體，列出平衡方程∑X=0式（1）根據(jù)邊界條件解此微分議程得：任意點(diǎn)上位移：根據(jù)邊界條件解此微分方程得：砼考慮徐變引起的應(yīng)力松馳為：上述公式中E、α——砼彈性模量和線膨脹系數(shù)；T——砼溫降、收縮引起的當(dāng)量溫差；L、H——板的長(zhǎng)度和高度；CX——地基水平阻力系數(shù)；H（t、τ）——砼應(yīng)力松馳系數(shù)。2.3板的裂縫間距計(jì)算公式推導(dǎo)當(dāng)砼水平拉應(yīng)力達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度，砼的拉伸變形達(dá)到極限拉伸值，故：此狀態(tài)下提取L即為伸縮縫最大間距如果結(jié)構(gòu)物的長(zhǎng)度超過伸縮縫間距上，則此伸縮逢間距就是裂縫間距，故最大裂逢間距式中，εP——砼的極限拉伸，其它同上。3影響板蒸養(yǎng)裂縫的因素從上述板蒸養(yǎng)過程砼最大拉應(yīng)力，裂縫間距的計(jì)算公式中可知，影響板蒸養(yǎng)裂縫的因素有板的高度、長(zhǎng)度；板底水平阻力系數(shù)；砼的彈性模量和極限拉伸；砼的溫降和收縮。在一定施工條件下，極的長(zhǎng)度、高度和板底水平阻力系數(shù)應(yīng)該是確定值，因此，影響板蒸養(yǎng)裂縫的因素主要是反映形變的砼溫降和收縮以及反映砼抗裂能力的極限拉伸。（1）砼的溫降在整個(gè)蒸養(yǎng)施工過程，先期升溫階段砼還基本處于塑性狀態(tài)，其產(chǎn)生的壓應(yīng)力較??；而到拆除模板或保溫設(shè)施時(shí)，砼已成固態(tài)，溫度的降低會(huì)引起較大拉應(yīng)力，砼的溫度是包括環(huán)境溫度和水化熱溫度，對(duì)于板厚較薄、表面系數(shù)較大的空心板，其水化熱升溫并不很高，一般在5-8℃之間。砼徐變引起的松馳與時(shí)間成正比，砼溫降的有效拉應(yīng)力也與時(shí)間密切相關(guān)，溫降越快有效拉應(yīng)力越大，砼的水化熱決定于水泥品種、水泥標(biāo)號(hào)和水泥用量，模板及保溫條件也有一定的影響。（2）砼的收縮εy一般地砼的標(biāo)準(zhǔn)極限收縮值εy為3.24×10-4(以結(jié)構(gòu)的相對(duì)變形表示)砼的收縮它隨時(shí)間不斷增長(zhǎng),在任意時(shí)間的收縮值可表示為:εy(t)=εyo(1-e–bt)M1M2……Mn式(16)式中b——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.01，養(yǎng)護(hù)較差時(shí)取0.03，t以天不單位；M1……Mn——各非標(biāo)準(zhǔn)條件的修正系數(shù)。影響砼收縮的主要因素有水灰比、水泥用量、水泥品種、粗骨料砼質(zhì)及級(jí)配、黃砂細(xì)度及含泥量、養(yǎng)護(hù)的保濕和風(fēng)速，配筋率及鋼筋直徑等，對(duì)于板的蒸養(yǎng)裂縫，砼收縮所關(guān)心的是放張前的前期收縮值。（3）砼的極限拉伸砼的彈性模量、抗拉強(qiáng)度和極限拉伸均是反映砼抗裂能力的技術(shù)指標(biāo)。對(duì)于變形引起的裂縫問題，僅以抗拉強(qiáng)度來衡量是不全面的，最重要的是材料的抗變形能力，即極限拉伸。砼的極限拉伸就是砼在開裂前的最終相對(duì)拉伸變形值。它同砼彈性模量、抗拉強(qiáng)度一樣，隨著齡期不斷提高。其任意時(shí)間值可表達(dá)為：εp（t）=0.8εpo（Logt）2/3式（17）式中εpo——砼極限拉伸終值，t以天為單位，砼的根限拉伸主要與砼強(qiáng)度，粗骨料狀況、配筋狀況、荷載速度及徐變等因素相關(guān)。對(duì)于砼構(gòu)件，其極限拉伸可按下式計(jì)算εpo=0.5Rf（1+p/d）式（18）式中Rf——砼設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度p、d——配筋率及鋼筋直徑。一般地，對(duì)于形變荷載砼極限拉伸值約為1—1.6×10-4，考慮砼的徐變，砼的極限拉伸可提高1.1—1.6倍。3.2各因素對(duì)板蒸養(yǎng)裂縫的影響程度板的蒸養(yǎng)裂縫發(fā)生在蒸養(yǎng)2—3天拆除模板或保溫設(shè)施后，此時(shí)砼的彈性模量、極限拉伸相當(dāng)于正常養(yǎng)護(hù)6—7天之值，約為0.4Eo和0.677εpo，對(duì)于C50板，考慮各施工條件影響，彈性模量約為1.4×10-4Mpa，極限拉伸為1.14×10-4砼蒸養(yǎng)2-3天后其收縮值考慮各因素約為0.08×10-4，再考慮拆除模板或保溫設(shè)施時(shí)可能風(fēng)速大短時(shí)間收縮為0.07×10-4，故砼收縮值0.15×10-4。對(duì)于蒸養(yǎng)一般在40—60℃，大氣溫度為5℃左右，其降溫值可能為40℃左右，按砼線膨脹系數(shù)為1×10-5計(jì)，則降溫引起的形變?yōu)?×10-4從上述分析可以看出，溫降引起的形變約為砼收縮的20多倍，是極限拉伸的3.5倍，因此，對(duì)于板的蒸養(yǎng)裂縫，溫降是最主要的因素，砼彈性模量、極限拉伸也較為重要，砼收縮的影響最小。4、板蒸養(yǎng)裂縫的有效控制及關(guān)鍵由上述分析可知，對(duì)于板的蒸養(yǎng)裂縫可采取下列措施：（1）延長(zhǎng)降溫過程，使砼有一定時(shí)間的答變應(yīng)力松馳，提高砼極限拉伸；（2）加快中間拆模的操作時(shí)，使溫度下降和收縮值減??；（3）改善配合比，提高砼強(qiáng)度等級(jí)