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预制混凝土桩桩身裂缝原因分析及处理措施
时间:2015-11-27  点击量:

山东交通学院威海新校区在建的单体建筑基础设计为低预应力实心预制方桩,截面尺寸为450×450。预制桩在预制过程中非常容易发生表面保护层混凝土开裂,而新校区地处沿海滩涂,空气中的氯离子、硫酸根离子含量高,且祥勘资料显示新校区位置地下水位高,干湿交替处为强腐蚀,其余为弱腐蚀环境。由此,可想而知,一旦桩身发生混凝土开裂,内部的预应力筋、钢筋非常容易受到腐蚀而对工程质量造成严重影响,达不到工程使用年限。

为确保桩基础施工质量,施工前指挥部组织专人进行了桩基施工技术研究,制定了从后台(桩身预制环节)到前台(桩基现场施工)各工序的控制要点和质量保证措施,并在试桩施工过程中严格执行,试桩完成后又根据桩基检测、施工控制等资料进行了认真总结,为后续大面积展开施工后的质量保障打下了坚实的基础。本文谨对桩身混凝土的开裂原因及相应的应对措施进行归纳总结。

一、混凝土开裂原因

在预应力桩基础从制作到施工的过程中许多步骤处理不完善或者处理不及时、不到位都有可能导致混凝土保护层开裂,保护层一旦开裂,裂开的混凝土就不可能再承受拉力,原设计中由钢筋及保护层混凝土共同承担的的拉应力转瞬间就变为由内部钢筋独自承担,此时内部钢筋所需要承担的拉应力会增大,与其对应的应变则会产生过程性突变。另外,混凝土开裂会导致原先拉紧的混凝土保护层在开裂后会向回收缩,收缩致使钢筋与混凝土之间产生相对滑移,但由于钢筋与混凝土本身又粘连在一起,因此混凝土不会一次性恢复至无应力状态,这就导致远离裂缝区域的混凝土仍然处于拉紧状态,荷载稍微增加后可能不同部位又会出现裂缝,总而言之混凝土开裂的本质原因就是裂缝区的拉应力大于混凝土的受拉极限导致了裂缝的产生,总结下来导致裂缝产生的原因主要有以下几种情况:

1、荷载作用引起的开裂

这种裂缝一般情况下与主拉应力的方向大致垂直,最先在荷载效应最大区域产生,如果是荷载效应相同,则其在混凝土保护最薄弱处产生。

2、温度变化引起的裂缝

混凝土在不同温度环境下会产生不同程度的变形,即我们经常说的热胀冷缩现象,生产过程中产生这种现象导致混凝土开裂的原因主要是因为水泥混凝土浇筑过程中水泥和水产生化学反应后释放水化热量,水化热出现会导致混凝土内外形成温度差,进而形成温度梯度力,当其产生的力大于混凝土自身所能抵抗的拉应力时就导致裂缝的产生。这些裂缝的产生一般发生在混凝土浇筑完成后12d之内,具体产生的位置与浇筑混凝土的工艺有关,如果是从两端同时向中间浇筑时,则裂缝容易出现在跨中的位置,从基础的顶部开始垂直向下发展,产生的裂缝宽度不会很大,一般在1mm以内,裂缝的长度不尽相同,裂缝数量由于水化温度慢慢趋于稳定,因此裂缝一般不会超过2,无绝对对称性。

3、混凝土收缩引起的裂缝

混凝土在空气中结硬时其体积会随着温度的降低而减少,此时会产生收缩变形,这种变形产生的主要的原因是因为混凝土的构件在变形过程中往往会受到周围不同程度的约束,约束导致混凝土的收缩无法自由进行,其干缩就会导致裂缝产生。这种裂缝初期收缩变形发展较快。

4、混凝土塑性塌落引起的裂缝

一般情况下砼产生的塑性塌落一般发生刚刚浇筑不久,由于刚浇筑的混凝土还可塑,如果这时混凝土出现离析沁水现象,则混凝土的塌落会导致沁水向上移动,沁水在移动过程中如果受到模板或者其他约束时就会在混凝土顶部产生沿着钢筋长度方向的裂缝。

5、钢筋锈蚀后浇筑引起的裂缝

钢筋锈蚀后的体积会松散变大,增大后的体积效应会在钢筋周围产生膨胀拉应力从而易导致混凝土保护层开裂。

6、碱-骨料化学反应引起的砼裂缝

混凝土胶结中水泥的碱性溶液与活性SiO2产生化学反应后会生成碱-硅酸凝胶,凝胶遇水后体积会膨胀导致混凝土保护层开裂。

二、降低开裂的措施

由于混凝土的破坏均是从裂缝开始扩展的,因此如何控制混凝土开裂以及一旦开裂后采取何种措施予以弥补就成了国内外诸多学者不断研究的内容,本文在前辈研究的基础上对此进行了总结归纳:

1、荷载作用引起的开裂

通过合理的配筋,选用可与混凝土良好粘结的钢筋等,设计过程中控制受力钢筋的应力不要太高,直径不宜太粗,并且尽量使钢筋在混凝土中处于均匀分布状态。

2、温度变化引起的裂缝

防止这种裂缝的最好办法是浇注混凝土时采取分层浇筑的方法,并且尽量采用低热水泥,混凝土浇筑完成后加强养护,尽可能在短时间内降低温度产生的应力。

3、混凝土收缩引起的裂缝

防止这种裂缝的产生可以通过改善水泥自身性能,降低水灰比,减少配筋率以及通过设置构造筋使收缩裂缝可均匀分布,同时可加强混凝土养护期间的潮湿养护。

4、混凝土塑性塌落引起的裂缝

控制这类裂缝产生的最好方法是选择合适的集料级配,做好混凝土的配合比设计,可通过添加减水剂严格控制水灰比,在生产过程中一旦发现这种裂缝的产生,可通过在混凝土终凝压光混凝土表面使裂缝闭合。

5、钢筋锈蚀后浇筑引起的裂缝

这种裂缝防止措施应在钢筋使用前对产生锈蚀的钢筋进行除锈,并采取措施提高混凝土的密实度和抗渗性,大部分情况下可采取加大砼的保护层厚度控制裂缝。

6、碱-骨料化学反应引起的砼裂缝

防止这种裂缝产生的措施可采用优质的骨料,加强集料质量控制,适当选取含碱量低的水泥,同时采取措施提高混凝土的密实度、降低水灰比。

 

 

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