预应力混凝土构件产生张拉裂缝的原因及其处理办法

预应力混凝土构件产生张拉裂缝的原因及其处理办法（共2篇）

1.预应力混凝土构件产生张拉裂缝的原因及其处理办法 篇一

水泥混凝土路面表面裂缝产生的原因及处理措施

水泥混凝土路面是一种刚度大、扩散荷摘载能力强、稳定性强的路面结构。但由于在施工中水泥混凝土的原材料及配合比的控制未达到设计标准，施工工艺不规范。使得水泥混凝土路面道板出现了早期损坏，导致路面出现裂缝与断板，这就降低了路面使用性能，不能确保水泥混凝土路面的正常使用年限，不能发挥道路建设的投资效益。因此，需要对路面出现的裂缝与断板进行认真观测、分析、确定裂缝原因，制定切实可行的修补方案。

一、裂缝分类与产生的原因

水泥混凝土道面的裂缝，可分为表面裂缝和贯穿板全厚度的裂缝（简称贯穿裂缝）。

（一）、表面裂缝 水泥混凝土道面表面裂缝主要是由混凝土混合料的早期过快失水干缩和碳化收缩引起的。混凝土混合料是一种多相不均匀材料。由于构成混合料的各种固体颗粒大小、密度不同，混合料不可避免地会发生分层离析。

1、泌水裂缝

在路面水泥混凝土道面施工中混合料发生分层离析大多是由于粗骨料在混合料中下沉，水分向上迁移，从而形成表层泌水。泌水的结果，使水泥混凝土道面表面含水量增加，经蒸发后混凝土表面形成凹面，此时混合料颗粒间产生较强的表面张力。当混凝土表面尚未充分硬化，不能抵御这一张力时，混凝土表面则发生裂缝。在混凝土浇筑后数小时，混凝土表面将出现大面积细微的龟裂。

2、碳化裂缝 当混凝土的水泥用量较低、水灰比较大时，空气中的二氧化碳易渗透到混凝土中，混凝土的碳化反应在空气相对湿度为30%-50%时最为激烈，此时混凝土的碳化收缩将引起混凝土表面龟裂。根治这类病害的方法是：在混凝土路面的混合料铺筑、振捣后，立即采用真空吸水工艺，此方法可以将混凝土中富裕的水分和空气一并吸出。这样既提高了混凝土强度又可控制混凝土表面的网裂病害。

（二）、贯穿裂缝 水泥混凝土路面贯穿裂缝为贯穿板全厚度的横向裂缝、纵向裂缝、交叉裂缝和板交裂缝。

1、横向裂缝 垂直与行车方向的不规则裂缝称为横向裂缝，导致水泥混凝土路面出现横向裂缝的原因较多，其主要原因有以下三方面。（1）、干缩裂缝：

在水泥混凝土中，水是以化学结合水、层间水、物理吸附水及毛细水等状态存在。当这些水再混凝土硬化过程中失去时，水泥浆体就会发生收缩，当收缩受到限制时而发生收缩应力时，才会引起混凝土的干燥收缩裂缝。

水泥浆干缩的内部内部限制：主要来源于混凝土中的骨料对水泥浆的限制。在普通混凝土中，水泥浆的收缩率被限制了90%（或称水泥浆被占有了90%）。因此，混凝土内部存在着引起干缩裂缝的应力状态。水泥混凝土干缩的外部限制：主要是路面板块间 或路面整体的限制，处于限制状态下的混凝土结构，只有当混凝土本身的抗拉应变与混凝土硬化干燥过程中的自由收缩应变不相适应时，混凝土才会发生裂缝。配合比：在混凝土中的水泥用量、集料粒径、细骨料含量等因素对混凝土的干缩都存在应响，但最重要的影响因素是混凝土的单位用水量。混凝土的单位用水量愈小，收缩 就愈小。单在实际施工中，过小的单位用水量，往往满足不了混凝土路面施工的要求。因而在实际施工中，混凝土的现场拌和，是以塌落度控制水灰比、单位用水量。干缩裂缝引发的路面横向裂缝，出现在混凝土水化硬化的早期。有资料表明：水泥混凝土收缩量的14%-34%发生在水泥混凝土的14天龄期内。（2）、冷缩裂缝（温度裂缝）： 水泥混凝土具有热胀冷缩的性能，混凝土板块的热胀冷缩都是在相邻部分或整体限制条件下发生的，故热胀属于变性压缩，而冷缩则属于拉伸变形，很容易引起开裂。水泥的水化反映是一个放热的过程。在混凝土硬化过程中，释放大量热能，使温度上升，通常混凝土温度上升1摄氏度，每米膨胀0.01m。水泥水化反应的放热速度初始较缓慢，25分钟后增温，在水泥终凝12小时后，水话温度可达80-90摄氏度，使混凝土内部产生显著的体积膨胀，板面的温度则是随着空气气温而变化的。当外界气温降低时，板面冷却收缩。此时混凝土路面内部膨胀，外部收缩，因而产生很大的拉应力。当混凝土的极限抗拉强度小于此拉应力时，板块将出现裂缝或断板。

施工期在高温季节内，当日平均温度约为35-40摄氏度，由于高温暴晒，未能采取越过高温时间段的施工措施，使得面层表面失水过快，而混凝土内部和底部大量水分却不能及时排出，由于水分的作用使混凝土上、下表面出现温差，在温度应力的作用下，使得混凝土表面出现横向不规则裂缝或断板。上述因素是混凝土路面出现裂缝或断板的主要原因。防治这类病害的方法很多，比较简单的方法是：在混凝土路面 的收水抹面后及时覆盖朔料布，根据施工期气温情况确定覆盖时间。此方法可以解决混凝土早期养护用水，并使此时的混凝土内、外部温差较小。这就避免了混凝土早期断板的病害。

（3）、切缝不及时的原因

水泥混凝土路面缩缝（横缝）切割时间应视施工期温度而定，当气温在30摄氏度时，切缝时间应在混凝土浇筑的12-15小时后进行。采用真空吸水工艺时，切缝时间可在混凝土浇筑5-7小时后进行。当施工气温在20-25摄氏度时，切缝时间应在混凝土浇筑15-21小时后进行。采用真空吸水工艺时，可在混凝土浇筑8-11小时后进行。切缝深度应为混凝土路面厚度的1/4（厘米）。

由于切缝不及时，切缝深度不足，导致混凝土表面出现横向裂缝或断板。（4）、养生不及时 混凝土路面在硬化的初期内，需要大量水进行保湿养生。由于养生水不足或养生不及时，使混凝土表面暴晒失水，这是混凝土路面极容易产生横向裂缝或断板。（5）、板块分格应合理 混凝土路面的板块分格应严格按设计的要求施工。设计规范规定：混凝土路面板块的长宽比不得大于1.3，板块面积不得大于25m2。由于板块分格不合理，不能满足设计要求，混凝土路面将会出现横向不规则裂缝。

2、纵向裂缝

沿路前进方向出现的裂缝称为纵向裂缝。水泥混凝土路面的动力荷载传递顺序为面层、基层、路基。由于路基的填料土质、湿度不均匀，膨胀土、粘土压实度不足等多种原因，导致路基强度不均匀。当道路的基层和面层铺筑后，尽管道面传到路基顶面的荷载应力很小，只要路基稍有不均匀沉降的现象出现，在板块自重和行车压力作用下将产生纵向裂缝。开始裂缝很小，一般小于0.05mm,但随着雨水侵入使基层软化、液化，而产生唧泥、淘空，使裂缝加大。纵向裂缝的防治原则是：在新筑路基或旧路加宽改造时，要严格按着新筑路基或旧路拓宽改造的施工程序实施，确保路基的稳定性，并在混凝土路面浇筑之前严格检查基层顶面回弹模量是否符合规范要求。使之控制纵向裂缝的产生。

3、交叉裂缝 水泥混凝土在拌和、运输、振捣、凝结、硬化的过程中始终存在着水泥的水化反应。水化反应可分为：初始期、休止期、凝结期及硬化期四个阶段。水泥水化反应在混凝土发生升温和降温过程中产生体积的胀缩变形，在内部骨料及外部边界条件约束下使混凝土的自由胀缩变形受阻，而产生拉 压应力。由于安定性不足的水泥中残存着一些过烧的Cao和Mgo,它们的水化速度较慢，往往是在水泥硬化后再水化，引起水泥浆体积膨胀、开裂甚至溃散，在浇筑后的混凝土路面上出现大面积龟裂。因此，在水泥混凝土路面施工中要严格控制水泥的质量，严格按混凝土的设计配合比操作，保证混凝土强度。

4、板角断裂

与混凝土板角两边接缝相接的贯穿板厚的裂缝称为板角断裂。板角是混凝土路面的薄弱部位，由于板角很难振捣密实，板角强度相对较小。相邻板角之间无传力杆，传荷能力较差。当车轮荷载作用在板角时很容易出现板角断裂。，预防板角断裂的措施：采用水稳性好的基层；横、纵缝填缝前要清理干净，填料要饱满；施工中板角、板边要振捣密实。

二、裂缝与断板的修补措施

1、一般裂缝 此裂缝的处理可采用环氧树脂修补圬工工艺方法进行。详见“环氧树脂修补圬工工艺”。

2、断板裂缝 这类裂缝处理可视裂缝走向，确定切割宽度，切缝应与混凝土路面分格的横缝平行，切割深度为12厘米，将切割区内的原混凝土凿除并清洗干净，并将底部的裂缝凿成“V” 型槽，用环氧树脂胶拌和水泥砂浆灌实。然将槽底部用1：1水泥砂浆铺平，并放臵方孔为5mm的钢丝网，再浇注抗折强度不小于4.5Mpa的细石混凝土进行振捣压实，经收水抹面后覆盖养生。细石混凝土中应掺配膨胀剂，其比例为水泥重量的15%。混凝土路面的裂缝或断板按上述措施修补后，应建立观测点，观测修补后的道路使用情况。附：混凝土路面修补工艺及参考表。

环氧树脂修补砼工艺

一、配合比工艺

1、先将水泥、中（粗）砂与水按其设计配合比进行配制。

2、将环氧树脂与稀释剂搅拌均匀。当环境温度低于20度时，可用温水溶法，（即将拌和物装入器皿内臵入水中加温）使树脂溶化，加热温度不超过40度。

3、将硬化剂加入已稀释的树脂溶液中，迅速搅拌。如使用间苯二胺（或乙二胺）作硬化剂时，应用温水溶法预先将硬化剂加热溶化，但温度不得超过65度。

4、将加好硬化剂的树脂倒入拌和好的粗细填料中，将含有环氧树脂的砂浆混合物，边和拌边压入裂缝中。

5、加入硬化剂后的树脂料，一般不宜加热。如气温过低影响操作或拌和时，间苯二胺（或乙二胺）有产生结晶析 出现象时，可用温水溶法稍微加热，但不得局部加热或加热过高，以防拌和物早期凝固。

6、含有环氧树脂的拌和物，应在浅槽内拌和，便于及时散除化学热。环氧树脂拌和物的配合比为：水泥：砂：环氧树脂：间苯二胺（乙二胺）：水=1：3：0.25：0.02：0.45。本配合比为重量比。拌和物应在30分钟内用完。

二、方法选用

1、裂纹宽小于0.15mm,一般不作修补，必须进行封闭时，可涂二层树脂涂料；

2、裂纹宽0.15-0.3mm时，沿裂纹凿一条外口宽20mm，深约3mm的“V”形槽，然后涂一层厚约0.2mm的树脂涂料，再用树脂砂浆修补平整；

3、裂纹宽大于0.3mm时，沿裂纹凿一条外口宽20mm，内口宽约6mm，深约7mm的梯形槽，修补方法同2；

4、圬工（混凝土路面）表皮剥落或大块混凝土脱落时，凿除松散砂浆或混凝土，涂一层厚约0.2mm树脂涂料，用树脂砂浆修补平整。

二00五年八月九日

2.预应力混凝土构件产生张拉裂缝的原因及其处理办法 篇二

混凝土结构有150 余年的历史, 与钢结构、木结构和砌体结构相比, 它具有取材容易、材料来源广泛、工程造价低等优点, 所以发展十分迅速。当前, 混凝土结构不仅存在于工业与民用建筑中, 还在水利、道路桥梁及海港等工程中有广泛的应用。混凝土结构已经发展成为我国土木工程行业最主要的结构形式之一。

混凝土裂缝的产生不仅会影响建筑结构的安全性, 还对建筑物的适用性和耐久性有一定的影响, 而裂缝产生的原因众多且复杂, 裂缝的问题一直困扰着广大科研工作者。世界各国均颁布了相应的规范来限定混凝土裂缝的最大宽度, 我国《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2010) 允许裂缝限值为0.2~0.3mm;美国ACI224 委员会规定的裂缝允许宽度为:干燥空气中0.4mm, 潮湿空气中0.3mm[1]。因此, 了解混凝土裂缝产生的原因并采取一些措施对混凝土裂缝进行控制是必要的。

2 裂缝产生的原因分析

众所周知, 混凝土最大的缺点就是容易产生裂缝。由于自身因素和外界因素的作用, 混凝土结构不可避免地存在裂缝。虽然在工程建设中, 已经采取必要措施, 但是裂缝问题依然存在。

2.1 混凝土的收缩。收缩因发生的时段, 机理及条件的不同又分塑性收缩、自生收缩和干燥收缩, 统称为凝结硬化[1]。

塑形收缩指混凝土在凝结之前表面因失水较快而产生的收缩。混凝土在终凝前强度非常小, 甚至没有强度, 此时混凝土表面失水过快, 使混凝土收缩变形, 而此时混凝土的强度未能抵抗其收缩强度, 进而产生裂缝, 也就是龟裂现象;

自生收缩是已经硬化的水泥浆体中, 那些未水化的水泥继续水化而产生自生收缩, 自身收缩并不会引起混凝土的开裂;

干燥收缩从硬化阶段开始, 持续时间一般比较长, 主要是由于养护不当, 混凝土中的水分蒸发干燥, 水泥石的体积受含水量的影响较大, 但是骨料又对水泥石的体积的变化有约束作用, 这样产生的拉应力会导致混凝土出现裂缝。

2.2 温度应力。水泥在水化的过程中放出大量的热, 导致混凝土的内部温度高, 而混凝土的表面温度低, 这样就会在混凝土内部和混凝土表面产生一个温度差;另外, 由于混凝土自身的温度和外界环境的温度不同, 也会产生温度差。这两个温度差是产生温度应力的根本原因, 当产生的温度应力大于混凝土的极限拉应力时, 混凝土即产生开裂[1]。

2.3 碱- 骨料反应。碱- 料反应是指水泥中的碱性氧化物含量较高时, 会与骨料中所含的二氧化硅发生化学反应, 并在骨料表面生成碱- 硅酸凝胶, 吸水后会产生较大的体积膨胀, 导致混凝土胀裂现象[2]。

2.4 外部荷载的作用。混凝土结构在施工阶段和正常使用阶段受到外部荷载 (包括静荷载和动荷载) 的作用时, 当混凝土所受到的拉应力超过其自身的抗拉强度时, 混凝土结构就会出现垂直于中心线方向的裂缝;当所混凝土结构受到的最大剪应力超过自身抗剪强度时, 混凝土结构就会出现斜向的裂缝[3]。

2.5 其他因素。此外, 还有许多导致混凝土产生裂缝的原因, 如:基础不均匀沉降而产生的裂缝[3];施工的时产生的施工裂缝;寒冷地区出现的冻胀裂缝;钢筋锈蚀而导致沿筋裂缝等[4]。

3 混凝土裂缝控制的措施

混凝土裂缝的控制主要是通过原材料、施工等方面的措施来实现。这些控制措施并不能阻止裂缝的产生, 但是可以很好的把裂缝控制到最小范围内。

3.1 对原材料的要求:a.混凝土施工时, 严格控制水灰比, 在满足施工条件下, 减小拌合物的坍落度, 以减小或防止干缩裂缝和塑性裂缝的产生;b.选用早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥, 以提高混凝土的早期抗裂强度;考虑选用粉煤灰水泥、矿渣水泥或火山灰水泥, 对于大体积混凝土, 应优先使用低热水泥[5];c.在混凝土中掺加一定量的减水剂、缓凝剂和引气剂等外加剂, 以便改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性;d.水泥中碱含量应小于0.6%, 以减少碱- 骨料反应;

3.2 对施工的要求。a.浇筑前, 对模板进行湿润, 避免模板吸收混凝土浆中的水分;b.浇筑过程中, 避免太阳直晒, 减小现场风速;c.振捣密实, 减少混凝土的收缩量;d.采用二次振捣和多次抹面工艺;e.掺加一定量的纤维, 如钢纤维、聚丙烯纤维等, 提高混凝土早期抗裂强度[6]。f.混凝土浇筑完成后立即用塑料薄膜加以覆盖, 并浇水养护, 以减少混凝土表面游离水的蒸发速度。

4 混凝土裂缝的处理方法

如果混凝土裂缝已经出现, 为了保证建筑物的安全性、提高建筑物的适用性和延长建筑物的耐久性, 就要对已有的裂缝采取有效的处理方法:

4.1 表面覆盖法。这是一种最简单和普通的裂缝修补方法。该方法用于修补细微的裂缝, 防止水汽、二氧化碳和其他有害物质侵入混凝土内部。这种方法的缺点是覆盖工作仅仅针对混凝土表面, 无法深入到裂缝的内部。通常采用弹性密封胶、聚合物水泥等[7]。

4.2 堵漏法。指对孔洞或缝面进行封堵。通常有化学灌浆法、嵌缝法等。

4.3 混凝土置换法。先把损坏的混凝土剔除, 然后再置换入新材料。目前常用的置换材料有:普通混凝土、水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土 (砂浆) 。此方法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法, 但是该方法不适用于寒冷地区[3]。

此外, 还有电化学防护法、碳纤维粘贴法和仿生自愈合法[7]等一系列有效的处理方法。

结束语

当前, 混凝土裂缝问题仍然是工程建设中十分常见的问题, 裂缝的产生对混凝土结构和构件的安全性、适用性和耐久性都有巨大的影响, 所以必须全面了解裂缝产生的机理, 对裂缝采取积极有效的控制措施和处理方法, 这样才能够保证建筑结构和构件的质量。时至今日, 混凝土裂缝问题依然是土木工程界的一道难题, 探索有效的裂缝控制措施和裂缝处理方法是很有意义的, 需要广大科研工作者继续努力。

参考文献

[1]陈肇元, 崔京浩, 朱金铨, 安明, 俞哲夫.钢筋混凝土裂缝机理与控制措施[J].工程力学2006 (23) :87-89.

[2]王乾峰, 贺誉, 肖元杰.高性能混凝土裂缝控制研究综述[J].混凝土, 2013 (5) .

[3]张永存, 李青宁.混凝土裂缝分析及其防治措施研究[J].混凝土, 2010 (12) .

[4]董海军.混凝土裂缝控制技术[J].建筑·规划·设计, 2013 (2) .

[5]龚剑, 李宏伟.大体积混凝土施工中的裂缝控制[J].施工技术, 2012 (3) :29.

[6]路璐, 李兴贵.大体积混凝土裂缝控制的研究与进展[J].水利与建筑工程学报, 2012 (2) .