预应力钢筒混凝土管裂缝控制机理分析.docx

预应力钢筒混凝土管裂缝控制机理分析-1--5-预应力钢筒混凝土管裂缝控制机理分析为了能够有效的提高钢筒混凝土管的安全性能本文通过对PCCP裂缝产生的机理、分类以及国内外的裂缝控制规范进行分析从设计、原材料、生产工艺、吊装运输、后期养护等进行裂缝控制机理分析。预应力钢筒混凝土PCCP在我国的工程应用领域占据着很重要的作用。由于受到整体的技术水平以及恶劣环境的影响尤其是在运输环节与生产过程当中不良的养护手段以及生产工艺设计会造成PCCP很容易出现一些安全性问题其中管道内衬混凝土很容易产生裂缝问题对PCCP安全性能产生特别大影响。裂缝问题即使通过对管芯制作流程优化、混凝土选料与配比最优养护等措施处理但是该问题也会出现。在PCCP管道的正常工作中由于受到内外载荷的作用很容易受到内外挤压力产生裂缝当该问题出现后会造成钢丝与钢筒发生腐蚀整个钢筒的结构承载性能下降钢筒的整体寿命下降很容易发生爆管安全问题。因此对预应力钢筒混凝土管裂缝控制机理进行分析具备重要的工程意义。PPCP裂缝产生的原因与控制标准1.1.裂缝成因分析对于PCCP来讲有两种型式分别为PCCPE和PCCPL两种由于其生产与制作的工艺的不同造成其裂缝的形式也有所不同。由于PCCPE具备更广泛的应用范围裂缝出现更为明显且后果更加严重为此本文将对PCCPE裂缝的成因进行分析。对于该型号钢筒内壁裂缝可以分为沿管道纵轴线呈15度内的纵向裂缝与靠近插口处的环向裂缝。其中第一种裂缝主要的成因在于受到外力的作用下或者养护方法不合理造成管芯混凝土性能下降形成裂缝；第二种裂缝成因在于受到管道缠丝后具备一定的拉应力混凝土位于插口处厚度不足以及吊运环节、养护不合理等原因造成。1.2.裂缝分类1.2.1.干燥收缩裂缝。此裂缝主要是由水泥石的脱水收缩造成的管道在脱模后水泥石的内部毛细孔表面张力增大以及在凝胶孔隙里的吸附水被蒸发引起收缩现象。干缩裂缝可以导致贯穿性裂缝和表面性裂缝的发生。1.2.2.应力裂缝。此裂缝的产生与钢筒卷制方式有关因钢筒合缝约束混凝土的收缩使采用螺旋焊钢筒的管芯产生螺旋式裂缝采用拼接制钢筒的管芯形成纵向裂缝。1.2.3.插口裂缝。此裂缝一般产生于钢圈和钢筒搭接处一般为横向环状裂缝。在现场打压试验中插口裂缝会使管道发生串皮不利于管道的正常使用。1.3.裂缝的国内外控制标准目前国内设计、制造及安装PCCP主要参考ANSI/AWWAC301和ANSI/AWWAC304、AWWAM9以及国内GB/T19685及CECS140等相关标准。管道在通水后管芯内表面裂缝发生自愈合这属于混凝土的一种特性。因此管道内表面的环向裂缝只要符合下述条件均能自愈合：①有充足的水分;②引起环向开裂的作用力消失;③在无渗漏时裂缝宽度不大于1.5mm;有渗泄时裂缝宽度不大于0.5mm。PCCPE不存在渗泄因此裂缝宽度不大于1.5mm时同时存在上述两个条件此裂缝就可以自愈合。实际工程表明裂缝一般在通水后1-2个月内愈合正常运转中管道的使用性能与完好管道相同。PCCPE内表面裂缝控制措施管道裂缝成因较复杂相关的质量控制存在争议要对裂缝实施有效的控制措施需要从设计、原材料控制、制造工艺、后期养护及装载运输等各个方面进行。2.1.从设计上进行设计控制国内生产设计的PCCP大多采用ANSI/AWWAC301和ANSI/AWWAC304及AWWAM9等相关标准。因此在设计时严格遵照相关规范的有关规定控制管道开裂。ANSI/AWWAC304中有13条控制准则都必须符合准则要求。如果设计采用国内标准CECS140:2011需要对在正常使用状态下的标准组合和准永久组合进行控制开裂计算必须满足裂缝控制要求。2.2.从原材料上进行控制合格的原材料是生产PCCP的基础同时混凝土技术又是PCCP生产的关键技术之—混凝土的质量直接影响到管道的质量。因此PCCP生产前必须对原材料的质量严格控制对水泥、砂石骨料、高强钢丝和钢板、密封胶圈等原材料的进行严格的检查。2.3.从生产工艺过程上进行控制PCCP生产工艺过程包括管芯成型、混凝土拌制、钢筒制作、预应力钢丝缠丝及砂浆保护层辊射等。对各个生产工艺的过程进行严格的控制比如承插口钢板圈的胀圆尺寸；承插口钢圈和钢筒焊接时的端面倾斜度等。此外在管道插口端内壁混凝土成型过程当中放置适量的纵向加强钢筋是为了进一步加强管芯内壁混凝土抗拉区域的配筋面积钢筋长度为500-600mm间距为50-100mm。2.4.从后期养护上进行控制加强混凝土的浇水养护比如增加浇水的次数延长浇水的时间。对炎热或干燥等不利环境应釆取综合保护措施比如砂浆保护层最小的含水量为干料总重的7.5%;在管道的外围加养护罩以阻止砂浆保护层中的水分蒸发养护罩应为浅色;在管外壁涂刷白色涂料或其他材料以减少阳光辐射。上述措施可以单