淺析西北干旱地區預應力箱梁混凝土裂縫成因及控制措施

摘要：鐵路客運專線混凝土箱梁的制造質量直接影響到車輛運營的安全，本文針對西北干旱地區預應力箱梁混凝土制造過程中產生裂縫的問題進行了分析和研究，歸納了制梁過程中裂縫產生的類型、分析了各類裂縫形成原因、探索了裂縫的預防及控制措施、提出了裂縫修補的方法，為西北地區預應力混凝土梁的制造工藝和技術提供參考。

關鍵詞：預應力箱梁 裂縫類型 裂縫成因 裂縫預防及控制

裂縫修補

混凝土施工中產生裂縫是混凝土結構中的“常發病”、 “多發病”，特別是在高速鐵路32m預應力混凝土簡支箱梁中，該箱梁屬于大體積混凝土結構，單榀32m箱梁自重759t，混凝土方量310m3。具有技術標準高，體積大，自重大，生產工藝復雜，工序時間長，高強高耐久性等特點。在預制箱梁施工中的每一個環節出錯都有可能產生裂縫。混凝土裂縫產生主要與混凝土水化熱大小、環境及養護溫差大小、混凝土收縮、施工工藝等因素有關。本文就蘭新鐵路某制梁場32m預應力混凝土簡支箱梁生產過程中出現的各種裂縫和裂縫的形式進行了整理和分類，針對各種裂縫產生的原因進行了深入的分析和研究，探討并提出了相應的防治措施，進而從施工的角度提出了控制裂縫產生的科學的施工方法和裂縫修補工藝。

1 裂縫類型

為了全面詳盡的掌握西北干旱地區預應力箱梁混凝土裂縫的類型，本文作者對該制梁場的預制箱梁進行了抽檢。對抽檢樣本進行分析和歸納得到混凝土箱梁裂縫主要分為：收縮裂縫、溫度裂縫及沉縮裂縫。

2 裂縫的成因、表現形式和危害

2.1 干縮裂縫

干縮裂縫主要產生在箱梁混凝土澆筑完畢時或箱梁蒸汽養護結束后的一段時間。主要是因為混凝土澆筑完畢未及時覆蓋薄膜養護導致混凝土表面水泥漿中水分的蒸發，從而產生干縮裂縫，且這種收縮是不能修復的。干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內部與外部水分蒸發不同而導致變形不同的結果。混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內部濕度變化較小，變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束，產生較大拉應力而產生裂縫。相對濕度越低，混凝土水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產生。西北地區環境濕度相對較低，如果覆蓋灑水養護不及時就比較容易產生干縮裂縫。干縮裂縫主要表現為表面性的平行線狀或網狀淺細裂縫，寬度一般在0.05～0.2mm之間。干縮裂縫一般會影響混凝土的抗滲性能，容易使箱梁鋼筋產生銹蝕，影響箱梁的耐久性。箱梁的橋面部位由于暴露在外，如混凝土終凝后養護不及時就容易出現干縮裂縫，端頭部位及內腔部位若模板拆除較早而又養護不及時，表面失水太多就會容易產生干縮裂縫。

經過對該梁場的調查和分析認為該制梁場預制箱梁出現干縮裂縫的主要原因有：①混凝土配合比設計時，在規范要求范圍內的水灰比具體取值不得當。②施工人員在澆筑完混凝土后未覆蓋薄膜或覆蓋較晚，導致砼表面水分蒸發。③該梁場地處西北地區，氣候干燥，空氣濕度極低。

2.2 溫度裂縫

箱梁混凝土澆筑完畢后，混凝土中水泥凝結時產生大量的水化熱。由于箱梁混凝土的方量較大，在結構較厚的部位大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發，導致內部溫度在單位時間內急劇上升，而混凝土表面散熱較快，使得箱梁混凝土結構內外出現較大的溫差，從而在混凝土表面產生較大的拉應力。當表面拉應力大于混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產生溫度裂縫。

溫度裂縫多發生在箱梁養護及拆模過程中。由于箱梁澆注施工完后，未及時蒸汽養護或者在蒸汽養護過程中溫度控制不均勻，導致箱梁內外溫差較大，產生較大的拉應力，從而產生較多的溫度裂縫。另外如果在拆模過程中，拆模過早或過快都較容易產生溫度裂縫。這就要求我們在箱梁養護過程中要控制好箱梁內部溫度與外部環境溫度的差值（一般不能超過15℃），在拆模過程中，要按照規范要求達到設計強度60%后再拆模，并且拆模時要控制好時間，不能拆的過快，導致表面溫度驟降。這種裂縫通常在箱梁混凝土表面較淺的范圍內產生，一般出現在腹板和頂板的端部。箱梁施工中在腹板大截面與翼板小截面交接的端部位置出現較長的裂紋就是典型的溫度裂紋。混凝土內部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關。混凝土越厚，水泥水化熱越高，其內部溫度越高，形成溫度應力越大，產生裂縫的可能性越大。

經過對該梁場的調查和分析認為該制梁場預制箱梁出現溫度裂縫的主要原因有：①在混凝土熱工試驗中發現用此配比的混凝土水化熱比較大。②西北地區晝夜溫差大，一般達到15℃以上。③箱梁蒸汽養護時芯部溫度、表面溫度及環境溫度控制較差，溫差超過15℃。④混凝土預張拉強度剛到，即刻拆除模板且過快。

2.3 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫一般出現在混凝土凝結之前，箱梁混凝土表面因失水較快而產生的收縮。塑性收縮裂縫一般在高溫干燥或大風天氣出現，裂縫多呈中間寬、兩端細且長短不一，互不連貫狀態。裂縫一般長20～30cm，較長的裂縫可達2～3m，寬0.1～0.5mm。

塑性收縮裂縫產生主要是由于混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，受高溫天氣或大風天氣的影響，使混凝土表面水分損失過快，造成混凝土毛細管中產生負壓比較大而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產生龜裂。影響混凝土塑性收縮裂縫的主要原因有混凝土的凝結時間、環境溫度、風速、相對濕度等等。

由于箱梁的橋面部位暴露在外，如果覆蓋薄膜養護不及時就會產生裂縫，所以箱梁橋面是梁體最容易產生塑性收縮裂縫的部位。在箱梁預制施工中應特別注意控制抹面時間及薄膜覆蓋養護時間。

經過對該梁場的調查和分析認為該制梁場預制箱梁出現塑性收縮裂縫的主要原因有：①西北地區相對濕度較低、夏日溫度較高，易出現大風天氣。②施工混凝土的過程拌合中水灰比控制。③混凝土過振、漏振及未進行二次、三次抹面。

3 裂縫的預防及控制措施

3.1 干縮裂紋

干縮裂紋產生與混凝土構件內外水分蒸發有關，在該梁場防止和控制該裂紋出現的措施有：①混凝土的干縮受水灰比的影響較大，因此在混凝土配合比設計中應盡量控制好水灰比的選用，同時加入減水劑。②針對西北地區氣候干燥、混凝土表面水分易散發，晝夜溫差大，混凝土表面易結冰受凍等問題，該制梁場采取了混凝土澆筑結束且在混凝土初凝前立即攤鋪薄膜及土工布保持水分；并及時用蒸養棚覆蓋箱梁頂板和兩端部（制梁臺兩側采用30cm厚保溫磚一次性砌筑成固定保溫墻），再按照設計溫度梯度經行蒸汽養護；進入夏天在箱梁蒸汽養護結束后，頂板采用蓄水養護、箱內、箱外采用高壓霧狀噴水養護發經行養護，保持梁體的每個部位都能保持濕潤，達到保濕的效果。

3.2 溫度裂縫

防止箱梁混凝土出現溫度裂縫最根本的措施就是控制混凝土內部和表面的溫度差，具體措施有：①優化配合比，選用低水化熱的水泥；在高性能混凝土的規范要求范圍內減少水泥用量，以減少溫度裂紋。②摻加高效減水劑和粉煤灰降低水化熱，延緩熱峰的出現時間。③嚴格控制澆筑流程。嚴格按照箱梁生產工藝細則中混凝土施工的要求，分層、分區域澆筑，以便于及時較快的排除混凝土中的水化熱，減小應力約束。在高溫季節泵送，要對骨料遮陽曬水降溫，拌合用水采用制冷機或投擲冰塊降溫等措施，使拌合用水溫度降低，混凝土運輸車罐體采用滴灌灑水等措施，確保入模混凝土溫度控制在5～30℃之間。另外澆筑箱梁混凝土時在箱梁上方覆蓋遮陽棚并對外模灑水加溫，避免陽光直射，從而降低混凝土水分的蒸發。④加強自然養護。針對西北地區干燥，相對濕度較小的特點，我們采取了用土工布覆蓋頂板（內腔底板）蓄水養護，其余部位噴涂養護劑進行養護。蓄水養護保證蓄水池中養護水可覆蓋整個梁面，自然養護階段養護時間為14d。當環境溫度低于5℃時，預制梁表面應噴涂養護劑，確保不漏刷。⑤加強蒸汽養護過程控制。采用自動溫控系統，在蒸汽養護工作的準備階段需要根據制定的養護溫度曲線在控制軟件中設置初始參數，包括靜養時間、第一升溫速率和時間、第二升溫速率和恒溫溫度、恒溫時間、降溫速率和最終溫度。通過自動溫控系統能較全面的觀測到箱梁內部及表面溫度，能合理的控制住梁體芯部溫度、表面溫度及環境溫度的差值，確保溫差不超過15℃。

3.3 塑性收縮裂縫

防止和控制塑性收縮裂縫出現的措施有：①嚴格控制混凝土的水灰比，摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性，盡量降低水灰比及膠凝材料用料，防止產生塑性收縮裂縫。②在箱梁配合比設計時，要嚴格按照高性能混凝土的要求標準選用粗、細骨料，盡量避免或減少用硅灰和高細度的礦粉等礦物外加劑，減少混凝土的塑性收縮。③嚴格控制振搗時間，防止過振、漏振，保證混凝土結構密實。④梁體混凝土澆筑完后，橋面要作好二次、三次抹壓。并及時覆蓋薄膜及土工布，使混凝土在終凝前保持表面濕潤。⑤在高溫和大風天氣要做好遮陽和擋風措施，在澆注完畢后及時覆蓋蒸養棚并開始蒸汽養護。

4 裂縫的修補

由于預制箱梁耐久性要求比較高，混凝土裂縫的出現對箱梁的質量及耐久性造成很大的影響，所以對許用范圍內的裂縫要做好修補。①表面修補法。表面修補法主要是指對箱梁混凝土表層很淺的龜裂裂縫的修補，且裂縫不對內部鋼筋銹蝕造成影響的，而僅限于美化外觀的一種修補方法。一般常用的處理措施是在裂縫的表面涂抹用環氧樹脂材料拌合的水泥漿，以對所產生的微細裂縫進行全封閉處理。②注縫法。注縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，鑿到裂縫最深處時使用加入微膨脹劑的同配比水泥砂漿修復，修復后注意養護。或者在槽中嵌填專用注縫膠，封閉好裂縫。

5 結束語

通過對預制箱梁制造過程中出現的各類裂縫的表現形式、形成原因的研究和分析，提出并采取了相應的控制和防治措施，在后期預制箱梁的過程中出現混凝土裂縫現象明顯減少，混凝土制品的外觀質量得到了改善。通過大量的分析研究和實踐認為在不同的施工環境條件下，利用新技術，合理的改善施工工藝，不斷的改進創新，就能夠制造出實體優質，外表美觀的大型的預應力混凝土箱梁，并滿足在嚴寒、干燥、干旱地區制造和使用的要求。

參考文獻：

[1]《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》.鐵科技[2004

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[2]《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》.科技基[2005]101號.

[3]稅明洪.預應力砼箱梁裂紋成因分析[J].重慶交通學院出版社，2006.6.

作者簡介：

馬駿，石家莊鐵道大學土木工程專業，職稱：中級。

主要工作經歷：

畢業后參加延安市環城道路架設，主要負責橋梁技術工作。后一直參加鐵路施工，先后參加修建宜萬鐵路、甬臺溫高鐵、京滬高鐵、石武高鐵、蘭新二線鐵路等鐵路的施工建設工作。