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    技術資料

    預應力混凝土接觸網支柱裂縫產生原因的淺析

    時間:2014-12-16 08:08 來源:qzhaiyu.com 作者:海煜重工 點擊:
    隨著鐵路網,特別是電氣化鐵路網的大規模建設,混凝土接觸網支柱的廣泛使用,支柱裂縫問題已越來越引起了重視。

    根據中華人民共和國鐵道部行業標準《橫腹桿式預應力混凝土接觸網支柱》(TB/T2286-1997)的規定,混凝土接觸網支柱合格品翼緣不得有裂縫;一根橫腹桿最多出現兩條裂縫,且每側總裂縫數不超過5條,且未貫通;支柱其它部位裂縫不得多于兩條,且裂縫寬度不得超過0.1mm,長度不得大于裂縫所在截面高度的1/2。

    混凝土接觸網支柱因裂縫使支柱預應力損失而達不到支柱設計標準容量,從而影響支柱的使用或工程質量,同時,混凝土接觸網支柱因裂縫使鋼筋銹蝕而造成支柱過早破壞,甚至混凝土接觸網支柱因裂縫不符合TB/T2286-1997標準而直接成為不合格品。

    1 混凝土接觸網支柱裂縫產生原因的分析及減少支柱裂縫產生的技術措施

    混凝土接觸網支柱的生產是一個連續的流水作業過程,在這個生產過程中,原材料的選用,每道工序的操作對混凝土接觸網支柱裂縫的產生都有密切關系。

    1.1 主筋加工

    嚴格控制主筋下料長度的相對差值。

    《混凝土結構工程施工及驗收規范》(GB50204-92)規定,鋼絲束兩端采用鐓頭夾具時,同一束中各根鋼絲下料長度的相對差值,應不大于鋼絲束長度的1/5000且不大于5mm。主筋下料長度的相對偏差大小,直接造成主筋張拉力明顯分布不均,當主筋放張后,混凝土接觸網支柱因應力嚴重分布不均而引起支柱彎曲和裂縫。為嚴格控制主筋下料長度,引進新設備GJC-Ⅱ鋼筋定長剪切機是解決此問題的主要手段,該機對高強碳素鋼絲剪切長度相對誤差不大于1mm,能充分滿足GB50204-92對鋼筋長度誤差的要求。

    1.2 綁扎加強副筋網片

    因主筋放張后,主筋與混凝土握裹力不足而產生滑移現象,造成混凝土局部受拉,拉應力超過混凝土此時的極限抗拉強度而產生裂縫。為此,在支柱大頭綁扎加強副筋網片,網片形狀如圖1。
    加強副筋網片圖
    主筋與加強副筋網片因扎為一體,與混凝土的接觸面積增大,主筋放張后,主筋與混凝土的摩阻力增大而不產生滑移現象,混凝土無局部受拉現象,從而減少了裂縫的產生。

    1.3 主筋張拉、調整

    選擇適當的張拉控制應力,對于長細比較大的混凝土接觸網支柱而言相當重要,若張拉控制應力取值過高,高強碳素鋼絲易被拉斷,不安全因素增加,錨夾具壓縮變形增大,預應力損失嚴重,特別是對整束鋼絲的張拉,隨著張拉力的提高,由下料長度的相對差值,鐓頭偏差、鋼筋局部彎曲等因素引起的各鋼筋之間應力的差異將更為嚴重,這種差異造成混凝土接觸網支柱的預應力嚴重分布不均,從而使支柱產生裂縫。如果張拉控制應力取值過低,則混凝土接觸網支柱預應力很小,支柱抗裂性能明顯降低而產生裂縫。

    由實踐表明,高強度碳素鋼絲的張拉控制應力最佳取值為0.5fptk≤δcon≤0.8fptk(δcon--預應力筋的張拉控制應力;fptk--預應力筋極限抗拉強度標準值)。

    《橫腹桿式預應力混凝土接觸網支柱》(TB/T226-1997)中規定,預應力主筋的混凝土保護層厚度不得小于20mm。保護層厚度偏小時,主筋周圍混凝土局部壓力偏大,混凝土內部本身存在的微細裂縫受力而發展,從而使支柱表面產生裂縫。為此,主筋在受拉前,應調整混凝土保護層,使其厚度大于20mm。

    1.4 嚴格控制骨料質量

    砂石在混凝土中主要起骨架作用,為保證混凝土接觸網支柱的質量,制成均勻密實、高強度的預應力混凝土,必須嚴格控制砂、石骨料的質量。

    砂子的顆粒級配是衡量砂子質量的一個重要條件。顆粒搭配比例不適當,則砂子的空隙率就大,需要填滿空隙的水泥漿就越多,則所需水泥量就較大;炷林兴嘤昧窟^大時,不僅提高了混凝土成本,而且導致高水化熱,高蠕變與收縮,從而極易引起支柱產生裂縫。

    砂子的粗細程度,體現在砂子的總表面積上,砂總表面積大小影響著混凝土的水泥用量,從而影響著支柱裂縫的產生。

    根據我國《普通混凝土用砂的質量標準及檢驗方法》(JGJ52-92)的規定由,表1算出的實際累計篩余率必須處于表2的任何一個級配區的范圍內,才可以認為砂子的顆粒級配合格。
    累計篩余
    級配曲線符合Ⅱ區的砂,粗細程度適中,級配最好,Ⅰ區的砂粗粒較多,保水性差,宜于配制水泥用量較多或流動性較小的普通混凝土,Ⅲ區砂顆粒偏細,用它配制的普通混凝土,粘聚性略大,保水性較好,易振搗,但干縮性較大,表面易產生裂縫。
    級配區
    砂中含有的粘土,淤泥和塵屑粘附在砂表面,妨礙硬化水泥漿與砂的粘結,既會降低混凝土強度,又會增大混凝土的收縮,這極易引起混凝土接觸網支柱產生裂縫。

    根據試驗表明,選用級配區為Ⅱ區,細度模數MX=3.0~0.3的中砂,且較潔凈的河砂作為混凝土接觸網支柱用砂,能充分避免選用其它砂子所引起的支柱裂縫問題。

    粗骨料石子的顆粒級配的好壞,直接反映出骨料的空隙率,從而影響水泥用量。

    混凝土接觸網支柱的混凝土強度大小,是其抗裂性能的重要指標,石子作為混凝土的主要骨料,是影響混凝土強度指標之一,因此石子應具有足夠的強度!惰F路混凝土制品工廠試驗規程》(TB/T2173-90)規定,用立方體強度作檢驗時,石子制成的5cm×5cm×5cm立方體試件,在水飽和狀態下,其極限強度與所采用的混凝土等級之比不應小于1.5倍,但在一般情況下,火成巖試件的強度不宜低于80MPa,變質巖試件不宜低于60MPa,水成巖不宜低于30MPa。

    石子顆粒形狀以接近立方體或球體為好,粗骨料顆粒形狀偏離“球體”愈遠,混凝土中應力集中的程度愈高,混凝土的強度也愈低,混凝土接觸網支柱也越容易產生裂縫,骨料中圓形顆粒愈多,其空隙率愈小,水泥用量減少則不易產生裂縫。

    經實踐表明,選用5~20mm表面光滑,少棱角,比較潔凈的河卵石不僅強度高,粒級配好,而且其圓形顆粒多,能很好地控制支柱裂縫的產生。

    1.5 混凝土外加劑--減水劑

    未摻外加劑的混凝土,其水泥、水的用量都大大增加,混凝土強度得不到改善,因水泥用量大,造成混凝土收縮變形大而產生裂縫;摻用減水劑的混凝土,其用水量可減少10~15%,抗壓強度可提高15~20%,另外,還可減慢水泥水化初期的水化放熱速度,能改善混凝土內部的溫度應力,減少混凝土裂縫現象的產生。

    1.6 混凝土的配合比

    高強混凝土(抗壓強度大于50MPa),早期強度和密實性有所提高,而徐變和干縮則隨之減小,從而減少了混凝土支柱裂縫的產生。

    要配制出高強混凝土,除采用高標號水泥,選擇優質骨料,使用減水劑外,還要考慮拌制混凝土的水量,水泥用量及砂率。

    理論上普通水泥完全水化約需水泥重的23%左右的水,而實際用水量在未摻減水劑的情況下,往往是水泥重量的40~70%,為減少拌合混凝土中游離水分的數量,降低水灰比,摻用減水劑,減少用水量以提高混凝土強度,增加了混凝土的抗裂性能。

    水泥用量的大小,很大程度上影響著支柱裂縫的產生,高標號普通水泥,其水化熱較高,水泥用量的提高,只能在一定范圍內可以獲得較高的混凝土強度,但是,增多水泥除會增大混凝土成本外,水泥與水作用,會釋放大量的熱量,水化熱積聚在混凝土內部不易發散,致使混凝土接觸網支柱因過大的熱膨脹而產較大的裂縫,另外,還會使混凝土產生較大的收縮與徐變變形而使支柱產生裂縫。因此,在配制高強混凝土時,一般水泥用量以500kg/m3左右為宜。

    砂率的大小,直接影響著混凝土的和易性,為使混凝土具有較好的流動性,粘聚性,保水性,配制高強混凝土一般選用較小的砂率,一般介于0.25~0.32。

    根據生產實踐,生產混凝土接觸網支柱的混凝土配合比為:水泥∶砂∶石∶水∶減水劑=1∶1.18 ∶2.75∶0.35∶0.035,其中水泥用量為470kg/m3,砂率=(1.18/1.18+2.75)×100%=30%。合適的混凝土配合比,能很好地解決混凝土接觸網支柱裂縫問題。

    1.7 振搗成型

    混凝土振搗的密實程度,直接影響著混凝土強度的高低。采用振搗器振動,能使混凝土拌合物灌注后更加密實,從而降低混凝土的孔隙率,減小混凝土的收縮量,從而獲得更高的強度,增強了混凝土的抗裂性。

    沖擊式振動平臺,其擊振力是由偏心裝置上兩行頻率相同、轉向相反的偏心塊高速旋轉產生的,其只有上下單向振動而無前后左右的擺動,實踐證明,使用沖擊式振動平臺,混凝土振實效果良好。在振動成型時,使混凝土表面呈現浮漿和不再沉落為止,既防止了因振動時間過短而造成混凝土不密實,空隙率較大,又防止振動時間過長而造成混凝土發生分層離析現象,進而影響混凝土強度以致引志支柱裂縫產生。

    1.8 混凝土接觸網支柱的養護

    混凝土接觸網支柱澆搗成型后,必須進行養護。養護方法一般分為自然養護和蒸汽養護,現在主要談談后一種養護方法。

    蒸汽養護主要用于預制廠內構件的生產,蒸汽養護對混凝土支柱來說,既有溫度又有濕度,溫度升高,水泥水化作用加快,混凝土強度發展較快。濕度大,可減少水分蒸發甚至吸收周圍水分,使未水化的水泥內核繼續水化。蒸汽養護分為靜停、升溫、恒溫、降溫幾個階段,每一階段執行情況的好壞直接關系到混凝土接觸網支柱裂縫的產生。

    靜停階段:靜停的主要作用是使支柱混凝土具有一定的強度,能抵抗由于蒸養升溫所引起的體積膨脹,從而可防止支柱裂縫的產生。

    升溫階段:當溫度驟然上升時,由于高標號水泥水化熱大,水泥與水作用放出巨大的熱量,水化熱積聚在混凝土內部不易發散而引起混凝土的體積膨脹,從而使混凝土支柱產生裂縫。因此,為防止溫度驟然上升而引起混凝土支柱產生裂縫,升溫速度應緩慢進行。

    恒溫階段:這是水泥與水激烈作用,混凝土強度增長最快的階段。為使水泥充分水化,恒溫溫度適宜為60~80℃,同時應保持90~100%的相對濕度。恒溫應有充分的時間,使水泥得到充分水化而混凝土達到足夠的強度,增加其抗裂性能。

    降溫階段:混凝土高溫蒸養后硬化產生強度,水泥水化熱積聚,使混凝土內部溫度很高。降溫太快,混凝土接觸網支柱內部與外表溫差懸殊是導致其表面產生裂縫的重要原因。因此,對降溫速度要加以適當控制,防止因混凝土內外溫差引起的溫度應力而使混凝土產生溫度裂縫,如果在干燥環境中,混凝土的硬化會隨著水分的不斷蒸發而逐漸停止,甚至引起干縮裂縫。在14d齡期內,如不保持混凝土潮濕狀態,則強度會顯著下降。因此,為了保證混凝土強度不斷增長,防止混凝土干縮裂縫,支柱脫模后,應在室外灑水養護14天。

    1.9 混凝土接觸網支柱模具拆模

    根據現場調查,預應力筋放張后對混凝土產生壓應力,距柱底200mm處,支柱截面形狀發生急劇變化而引起局部高峰應力,形成應力集中現象而使支柱產生裂縫。

    為了既能滿足產品結構要求,又能減少因應力集中而產生的裂縫,經實踐證明,把急劇變化的截面改為緩慢變化截面,能收到預期效果;炷两佑|網支柱倒角前后如圖2和圖3。
    鋼模倒角前支柱圖鋼模倒角后支柱圖
    2 結語

    上述分析了預應力混凝土接觸網支柱產生裂縫的主要原因,為了減少預應力混凝土接觸網支柱裂縫的產生,應加強原材料質量及生產過程質量的控制。
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