先张法板梁的质量要素与通病控制-secret.doc

先张法板梁的质量要素与通病控制

摘 要 ：本文主要讲述了先张法桥梁板生产过程中的一些质量要素与通病，以及产生的原因和解决方法。
关键词 ：配合比、混凝土、控制、裂缝、预拱度
1 引言
先张法板梁用于大跨度桥梁施工有着许多其他结构无法比拟的优点：跨度大，造价低，施工方便，质量易于控制，适合于规模化生产。因此随着国家经济的发展，特别是市政、桥梁工程的发展，它已被广泛采用。在板梁的生产过程中，对配合比的设计、钢绞线的张拉、混凝土的浇注、预拱度的控制等都有较高的要求，但在实际生产中施工人员由于对这些关键环节的不重视，从而引起一些质量通病。
混凝土强度达不到设计要求板梁裂缝、板面厚度和尺寸偏差、预拱度过大是先张法板梁生产过程中最常见的质量通病，下面就对引起上述质量通病的因素和应采取的措施进行分析。
2 质量通病的预防与控制
预应力板梁质量评定的依据是设计图纸及公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000），因此要按设计与规范要求进行施工，严格控制原材料质量及各道工序。
2.1 混凝土强度控制
先张法板梁的混凝土强度等级一般为C40-C50，合理的进行配合比设计和严格控制原材料质量是保证混凝土强度达到设计要求的二个重要因素。
2.1.1 配合比设计
为了满足生产时场地的周转，先张法板梁混凝土配合比一般为早强型配合比，要求5-6天混凝土强度达到设计强度的80%以上。这就要求配合比设计时不能局限于传统的由水泥、砂、石、水这四种组份，矿物掺合料及混凝土外加剂是不可缺少的组份。 混凝土配合比是生产合格混凝土的关键,应按JGJ55《 普通混凝土配合比设计规程》的有关规定,根据混凝土强度等级、耐久性和工作性等要求进行配合比设计。配合比设计要以本期水泥检测结果和上一统计期内水泥的平均强度、标准差以及上一统计期内混凝土的平均强度、标准差为依据，坚持不经试拌确认的混凝土配合比不使用。 
2.1.2 原材料的质量控制

（1）水泥，选用水泥时，应以能使所配制的混凝土强度达到要求，收缩小、和易性好为原则，水泥质量应符合现行国家标准，并附有厂家的水泥品质试验报告等合格证明。进厂后，应按其品种、强度、证明文件以及出厂时间等情况分批进行检查验收并进行复查试验。（2 ）砂子，应采用级配良好，质地坚硬、颗粒洁净的河砂，细度模数应控制在2.6～2.8 之间，小于该值时，配制的混凝土拌和物太黏稠，施工振捣困难，容易粘模，而且拆摸后，混凝土的表面观感差。大于该值，配制的混凝土保水性差，混凝土容易出现泌水离析现象，拆摸后，混凝土表面容易出现蜂窝麻面，影响观感质量。（3 ）石子，应采用质地坚硬，表面粗糙的石灰岩或花岗岩碎石。颗粒级配，可采用5～25连续级配，但不宜采用单粒级配，单粒级碎石配制的混凝土，容易发生离析。也可采用二种规格的石子进行掺配，如5～31.5mm连续级配采用5～16和16～31.5mm 二种规格的碎石进行掺配。（4 ）混合材料，混凝土的混合材料一般指矿渣、硅粉等。应对其流动度比、活性指数进行检验。预应力混凝土通常用矿粉作为矿物掺合料，它不仅能改善混凝土的工作性能，降低水化热，而且能提高混凝土的密实性，增加后期强度。（5）外加剂，选用外加剂时,应根据混凝土的性能要求、施工工艺及气候条件,结合混凝土的原材料性能、配合比及对水泥的适应性等因素,通过试验确定其品种和掺量。
2.2 裂缝的控制
2.2.1 裂缝的成因
 在板梁生产中裂缝是比较常见的通病，大部分裂缝是非荷载性裂缝，非荷载性裂缝中因混凝土收缩所引起的裂缝是最常见的在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因。还有一些裂缝是充气胶囊放气和预应力放张时产生的。
2.2.1(a) 塑性收缩裂缝
塑性收缩裂缝发生在施工过程中、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缝。为减小混凝土塑性收缩，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。
 2.2.1(b)缩水收缩（干缩）裂缝
混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，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就是缩水收缩。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。混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。
 2.2.1(c) 充气胶囊放气和预应力筋放张引起的裂缝
（1）放气引起的裂缝，从分布看主要集中在板面，而且裂缝有时很大，甚至贯通，纵横分布很长，但一般不影响结构。这些裂缝主要是胶囊放气过早引起的，而且在板面钢筋保护层过小或过大时表现得尤为明显。为了避免放气裂缝的出现，一方面应严格控制胶囊放气时间，另一方面应严格控制钢筋尺寸。（2）、预应力筋放张引起的裂缝，板底纵向裂缝一般在放张过程中产生的，一方面因板梁端部混凝土浇捣不密实或端部螺旋筋漏放等都会引起端部承压不够而产生放张裂缝；另一方面端部失效管也是引起放张裂缝的重要因素，“失效”是指按设计要求在板梁端部一定距离内用套管将预应力筋包裹，使之与混凝土失去粘结，简称“失效” 。如果失效管过薄、破损则会对钢绞线产生握裹力，预应力筋在放张过程中会对混凝土产生纵向磨擦力，从而产生放张裂缝。因此在施工中应注意：选用失效管时应选择壁厚一些，端部螺旋筋放置位置准确并绑扎牢固，端部混凝土必须振捣密实。
2.2.2 影响混凝土裂缝的主要因素
对于放气和放张引起的裂缝我们是可以通过合理的施工方法和施工程序避免。而对于收缩裂缝不但与施工方法有关，还与原材料品质有关，因此我们还必须了解其产生的原因，研究表明，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：（1）、水泥品种、强度等级及用量。矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥强度等级越高、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。例如，为了提高混凝土的强度，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。（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，含水量越大收缩越大。（3）、水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收缩越大。（4）、外掺剂。外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。（5）、养护方法。良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。（6）、外界环境。大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。（7）、振捣方式及时间。机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。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，上层易发生收缩裂缝。（8）、混凝土的二次抹面可以有效地减少
收缩裂缝，对于温度和收缩引起的裂缝，增配构造钢筋也可明显提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁结构。
　2.3 板面、板底、边肋及中肋混凝土厚度及尺寸的控制：
板底、板面是抗弯和抗压的主要部位。板面直接承受车辆动荷载，板面厚度不达到设计要求，将产生局部承压破坏，板面穿孔。如果跨中板面厚度不达到要求，在最大弯矩作用下会因板面混凝土受压承载力不够而产生脆性破坏，导致板梁断裂。边肋和中肋是承受剪力的主要部位，特别是端部更是剪力最大部位处。因此在施工中应严格控制模板尺寸，特别是内模（胶囊）的尺寸，浇捣上层混凝土前应仔细检查固定胶囊的钢筋是否遗漏、脱钩。浇捣时先中肋后边肋，左右对称进行，防止胶囊偏位。
2.4 预拱度的控制：
一般先张法板梁在放张后会产生1.5‰左右的反拱，因此先张法板梁的预拱度是通过预应力筋放松后产生的反拱来实现的。通常情况下，板梁混凝土的强度、混凝土弹性模量、张拉应力、板梁存放时间是影响预拱度大小的重要因素。在实际施工中，预拱度过大是常见的质量通病。预拱度过大一方面会在板梁安装后造成梁底错位影响外观，另一方面过大的预拱度将直接影响桥面的面层厚度，甚至产生板面裂缝，影响结构的安全性。产生预拱度过大的主要原因大致有：混凝土强度、弹性模量偏低，钢绞线张拉应力偏大，存放时间过长。为了减少上述因素的影响，在施工中我们应该注意：（1）、控制混凝土放张强度，同时检测混凝土弹性模量。把每条板梁的放张强度在满足规范要求的前提下控制在一个合理的波动范围内，用同一配合比，骨料单独分仓存放，保证弹性模量均匀。（2）、控制张拉应力，张拉时应以应力控制为主，按规定对张拉器具进行校验，张拉时分阶段进行，先全部拉至60%，最后再至张拉应力，以减少预应力损失。（3）、减少梁的存放时间，合理安排生产时间。
3 总结：
为了保证先张法板梁的生产质量，防止产生质量通病。在施工中除了必须按照设计、规范、施工工艺要求外，还应对一些关键的质量因素进行分析、探索和总结，掌握科学的生产方法。

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