高寒地區(qū)預(yù)應(yīng)力混凝土后張梁沿波紋管方向開裂分析

1水泥漿體基本特征在預(yù)算結(jié)構(gòu)的預(yù)算符中，應(yīng)經(jīng)常注入水泥砂漿，以解決預(yù)制構(gòu)機(jī)的腐蝕問題，以及結(jié)構(gòu)混凝土的共同工作問題。因此,灌漿質(zhì)量的好壞及漿體的性能直接影響到預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕性能、預(yù)應(yīng)力構(gòu)筑物的安全性能和耐久性能,而良好性能的水泥漿體是保證灌漿質(zhì)量的最基本、最重要的因素。在青藏鐵路高寒地區(qū),由于環(huán)境惡劣(年平均溫度處于-2～-6℃,極端最高氣溫25℃左右,最低氣溫-45℃左右,日溫差平均在22.9℃,相對濕度50%左右),水泥漿性能不易控制,致使沿線后張梁灌漿后有沿預(yù)應(yīng)力管道開裂的現(xiàn)象。在已架設(shè)的2190片梁中,發(fā)現(xiàn)350片梁有沿預(yù)應(yīng)力管道縱向的裂縫,占調(diào)查總數(shù)的16.0%,梁體裂縫長度大部分1～3m,最長的幾乎貫穿全梁,如圖1。有裂縫的梁主要是在寒季所生產(chǎn)和壓漿的?？梢?高寒地區(qū)的水泥漿性能對梁的耐久性影響很大,為此進(jìn)行了一系列灌漿試驗(yàn),取得良好效果。2原料和方法的試驗(yàn)2.1外加劑為復(fù)合劑水泥:永登祁連山低堿水泥P.O.42.5,標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為28%,初凝時間2h10min,終凝時間4h15min。外加劑:采用了由高效減水劑、引氣劑、緩凝劑、硅粉等組成的DZ-4外加劑,具有低溫、早強(qiáng)、耐腐蝕性能。拌合用水:自來水。2.2凝結(jié)時間的測定水泥漿的自由凍脹采用塑料袋排水法。測定水的平均凍脹率為9.5%,與理論值9%僅差0.5%。水泥漿3h泌水率測定參照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000)中附錄G-10進(jìn)行。水泥凝結(jié)時間的測定按《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗(yàn)方法》(GB/T1346-2001)進(jìn)行?；炷聊M板室溫降溫試驗(yàn)采用兩塊混凝土板(600mm×600mm×200mm),中心鉆孔埋置熱電偶(銅-康銅)(模擬高寒地區(qū)降溫),環(huán)境溫度負(fù)溫為-10～-15℃,正溫為室溫10～16℃。3試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1水泥漿體的自收縮產(chǎn)生機(jī)理討論圖2、圖3是在使用DZ-4外加劑條件下,水灰比(w/C)、預(yù)養(yǎng)溫度對灌漿材料收縮率的影響。由圖可以看出,隨著預(yù)養(yǎng)時間的延長,水泥漿體收縮率是增大的,后期增大緩慢,4～7d后趨于穩(wěn)定。隨水灰比減小,水泥漿體體積收縮率增大;隨預(yù)養(yǎng)溫度的升高,水泥漿體體積收縮率增大;漿體在封閉狀態(tài)下預(yù)養(yǎng)24h后將產(chǎn)生1%～2.5%的自收縮。分析認(rèn)為,在其它條件相同的情況下,隨著預(yù)養(yǎng)時間的延長,水泥漿體預(yù)養(yǎng)前后體積收縮率增大,預(yù)養(yǎng)后期(7～28d)趨于穩(wěn)定,這主要是水泥漿體在封閉條件下養(yǎng)護(hù),隨著水化進(jìn)程,毛細(xì)孔收縮減緩的緣故;隨著水灰比的減小,水泥漿體的收縮增大,主要是水灰比小時水泥漿體單位體積固體粒子表面積增大,隨著水化進(jìn)行,自由水減少,原來充滿毛細(xì)孔的水逐漸被水化吸收變干,從而引起范德華力加大,使自干縮現(xiàn)象產(chǎn)生(雖然水泥漿體被封閉在塑料袋中),而且即使是干水泥與水體積之和也較之水化產(chǎn)物體積之和略大;隨著預(yù)養(yǎng)溫度的升高,水泥漿體在預(yù)養(yǎng)前后的體積收縮率增大,主要是高溫條件下水泥水化進(jìn)程加快,毛細(xì)孔收縮增快,因此收縮率增大。3.2水灰比對水泥漿體凍脹率的影響圖4、圖5是在采用DZ-4外加劑條件下,水灰比(w/C)、預(yù)養(yǎng)溫度對灌漿材料凍脹率的影響。由圖可以看出,隨著水灰比的增大,水泥漿體的凍脹率也是增大的;隨預(yù)養(yǎng)溫度的升高,預(yù)養(yǎng)時間的延長,水泥漿體的凍脹率減小。預(yù)養(yǎng)齡期3～24h凍脹率隨著預(yù)養(yǎng)齡期的延長降低速率很快,24h后降低緩慢,變化較小。這說明,早期凍結(jié)越晚,膨脹率越小。當(dāng)水灰比在0.32～0.44之間,預(yù)養(yǎng)3～12h時,水泥壓漿材料早期凍脹率可達(dá)2%～4%。分析認(rèn)為,隨著水灰比的增大,水泥漿體中未水化的自由水增多,因此凍脹率增大;隨預(yù)養(yǎng)溫度的升高,水泥水化進(jìn)程加快,未水化的自由水減少,因此凍脹率減小;隨著預(yù)養(yǎng)時間的延長,水泥漿體預(yù)養(yǎng)前凍結(jié)后體積膨脹率減少,原因有三:一是水泥漿體在封閉條件下養(yǎng)護(hù),體積膨脹主要是水結(jié)冰而引起。隨著齡期的延長,水泥水化越完全,自由水逐漸減少,凍脹率自然降低;二是毛細(xì)孔中水不會全部被凍結(jié);三是固體在低溫條件下也可能收縮,而上述試驗(yàn)都是在4℃條件下測定的,可能將固體材料低溫的收縮也測定在示值中。3.3預(yù)養(yǎng)溫度對泌水率的影響試驗(yàn)結(jié)果如表1。試驗(yàn)表明,隨著水灰比增大,水泥漿體的泌水率增大,隨著預(yù)養(yǎng)溫度升高,水泥漿體的泌水率減少。主要原因是當(dāng)水灰比增大時,未參加水化的自由水增多,泌水增大;當(dāng)預(yù)養(yǎng)溫度升高時,水化速度越快,泌水越少。水泥漿體3h泌水率一般在0.5%～2.0%。3.4延長凝結(jié)時間試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3。試驗(yàn)表明,隨著水灰比增大,單位體積固體量越少,則固體粒子間范德華引力減小,從而使凝聚力減小,水泥漿體的凝結(jié)時間延長。隨著預(yù)養(yǎng)溫度的升高,水泥水化加速,固體產(chǎn)物增加,范德華力增大,凝結(jié)時間加快,水泥漿體的凝結(jié)時間縮短。兩因素對漿體凝結(jié)時間影響情況是當(dāng)預(yù)養(yǎng)溫度為1～5℃、w/C在0.36～0.40時,初凝延長4～16h,終凝延長5～20h,這對早期抗凍是不利的。3.5溫度梯度隨表面變化試驗(yàn)結(jié)果見表4。試驗(yàn)表明,室溫降溫時,較大的溫度梯度發(fā)生在距混凝土表面10～22mm內(nèi),中心部分溫度比較均勻,最大溫差出現(xiàn)在0.5～2h,表面與中心最大溫差5～7℃。4水泥漿后期凍脹率高的原因分析(1)早期壓漿材料在未凝結(jié)前(3～12h)凍脹率達(dá)2%～4%。在封閉條件下,膨脹拉應(yīng)力可使波紋管附近的梁體混凝土開裂。該階段是早期最危險期。(2)低溫條件下漿體收縮是導(dǎo)致管道內(nèi)的自由水向跨中低位置匯集的重要因素,尚未水化的部分自由水沿曲線管道積存到位置低的中部。當(dāng)泌水率在1%～2%,后期收縮率在1.0%～2.5%時,管道內(nèi)充水率為2.0%～4.5%,管道跨中充水凍脹將產(chǎn)生較大豎向拉應(yīng)力,加上高寒地區(qū)日較大負(fù)溫差(5～7℃)產(chǎn)生的拉應(yīng)力,最終造成梁體沿預(yù)應(yīng)力方向的縱向裂縫。(3)水泥漿預(yù)養(yǎng)5d后,