淺析西北干旱地區(qū)預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土裂縫成因及控制措施

摘要：鐵路客運(yùn)專線混凝土箱梁的制造質(zhì)量直接影響到車輛運(yùn)營(yíng)的安全，本文針對(duì)西北干旱地區(qū)預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土制造過(guò)程中產(chǎn)生裂縫的問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，歸納了制梁過(guò)程中裂縫產(chǎn)生的類型、分析了各類裂縫形成原因、探索了裂縫的預(yù)防及控制措施、提出了裂縫修補(bǔ)的方法，為西北地區(qū)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的制造工藝和技術(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力箱梁 裂縫類型 裂縫成因 裂縫預(yù)防及控制

裂縫修補(bǔ)

混凝土施工中產(chǎn)生裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中的“常發(fā)病”、 “多發(fā)病”，特別是在高速鐵路32m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁中，該箱梁屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，單榀32m箱梁自重759t，混凝土方量310m3。具有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，體積大，自重大，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，工序時(shí)間長(zhǎng)，高強(qiáng)高耐久性等特點(diǎn)。在預(yù)制箱梁施工中的每一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)都有可能產(chǎn)生裂縫。混凝土裂縫產(chǎn)生主要與混凝土水化熱大小、環(huán)境及養(yǎng)護(hù)溫差大小、混凝土收縮、施工工藝等因素有關(guān)。本文就蘭新鐵路某制梁場(chǎng)32m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種裂縫和裂縫的形式進(jìn)行了整理和分類，針對(duì)各種裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了深入的分析和研究，探討并提出了相應(yīng)的防治措施，進(jìn)而從施工的角度提出了控制裂縫產(chǎn)生的科學(xué)的施工方法和裂縫修補(bǔ)工藝。

1 裂縫類型

為了全面詳盡的掌握西北干旱地區(qū)預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土裂縫的類型，本文作者對(duì)該制梁場(chǎng)的預(yù)制箱梁進(jìn)行了抽檢。對(duì)抽檢樣本進(jìn)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(xiàn)形式和危害

2.1 干縮裂縫

干縮裂縫主要產(chǎn)生在箱梁混凝土澆筑完畢時(shí)或箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間。主要是因?yàn)榛炷翝仓戤呂醇皶r(shí)覆蓋薄膜養(yǎng)護(hù)導(dǎo)致混凝土表面水泥漿中水分的蒸發(fā)，從而產(chǎn)生干縮裂縫，且這種收縮是不能修復(fù)的。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)部與外部水分蒸發(fā)不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果。混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過(guò)快，變形較大，內(nèi)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(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。相對(duì)濕度越低，混凝土水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產(chǎn)生。西北地區(qū)環(huán)境濕度相對(duì)較低，如果覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)不及時(shí)就比較容易產(chǎn)生干縮裂縫。干縮裂縫主要表現(xiàn)為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度一般在0.05～0.2mm之間。干縮裂縫一般會(huì)影響混凝土的抗?jié)B性能，容易使箱梁鋼筋產(chǎn)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(yǎng)護(hù)不及時(shí)就容易出現(xiàn)干縮裂縫，端頭部位及內(nèi)腔部位若模板拆除較早而又養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，表面失水太多就會(huì)容易產(chǎn)生干縮裂縫。

經(jīng)過(guò)對(duì)該梁場(chǎng)的調(diào)查和分析認(rèn)為該制梁場(chǎng)預(yù)制箱梁出現(xiàn)干縮裂縫的主要原因有：①混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在規(guī)范要求范圍內(nèi)的水灰比具體取值不得當(dāng)。②施工人員在澆筑完混凝土后未覆蓋薄膜或覆蓋較晚，導(dǎo)致砼表面水分蒸發(fā)。③該梁場(chǎng)地處西北地區(qū)，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(jié)時(shí)產(chǎn)生大量的水化熱。由于箱梁混凝土的方量較大，在結(jié)構(gòu)較厚的部位大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度在單位時(shí)間內(nèi)急劇上升，而混凝土表面散熱較快，使得箱梁混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外出現(xiàn)較大的溫差，從而在混凝土表面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。當(dāng)表面拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

溫度裂縫多發(fā)生在箱梁養(yǎng)護(hù)及拆模過(guò)程中。由于箱梁澆注施工完后，未及時(shí)蒸汽養(yǎng)護(hù)或者在蒸汽養(yǎng)護(hù)過(guò)程中溫度控制不均勻，導(dǎo)致箱梁內(nèi)外溫差較大，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生較多的溫度裂縫。另外如果在拆模過(guò)程中，拆模過(guò)早或過(guò)快都較容易產(chǎn)生溫度裂縫。這就要求我們?cè)谙淞吼B(yǎng)護(hù)過(guò)程中要控制好箱梁內(nèi)部溫度與外部環(huán)境溫度的差值（一般不能超過(guò)15℃），在拆模過(guò)程中，要按照規(guī)范要求達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度60%后再拆模，并且拆模時(shí)要控制好時(shí)間，不能拆的過(guò)快，導(dǎo)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(nèi)產(chǎn)生，一般出現(xiàn)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(xiàn)較長(zhǎng)的裂紋就是典型的溫度裂紋。混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關(guān)。混凝土越厚，水泥水化熱越高，其內(nèi)部溫度越高，形成溫度應(yīng)力越大，產(chǎn)生裂縫的可能性越大。

經(jīng)過(guò)對(duì)該梁場(chǎng)的調(diào)查和分析認(rèn)為該制梁場(chǎng)預(yù)制箱梁出現(xiàn)溫度裂縫的主要原因有：①在混凝土熱工試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)用此配比的混凝土水化熱比較大。②西北地區(qū)晝夜溫差大，一般達(dá)到15℃以上。③箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)芯部溫度、表面溫度及環(huán)境溫度控制較差，溫差超過(guò)15℃。④混凝土預(yù)張拉強(qiáng)度剛到，即刻拆除模板且過(guò)快。

2.3 塑性收縮裂縫

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

塑性收縮裂縫產(chǎn)生主要是由于混凝土在終凝前幾乎沒(méi)有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小，受高溫天氣或大風(fēng)天氣的影響，使混凝土表面水分損失過(guò)快，造成混凝土毛細(xì)管中產(chǎn)生負(fù)壓比較大而使混凝土體積急劇收縮，而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度又無(wú)法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)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(jié)時(shí)間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等等。

由于箱梁的橋面部位暴露在外，如果覆蓋薄膜養(yǎng)護(hù)不及時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫，所以箱梁橋面是梁體最容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫的部位。在箱梁預(yù)制施工中應(yīng)特別注意控制抹面時(shí)間及薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

經(jīng)過(guò)對(duì)該梁場(chǎng)的調(diào)查和分析認(rèn)為該制梁場(chǎng)預(yù)制箱梁出現(xiàn)塑性收縮裂縫的主要原因有：①西北地區(qū)相對(duì)濕度較低、夏日溫度較高，易出現(xiàn)大風(fēng)天氣。②施工混凝土的過(guò)程拌合中水灰比控制。③混凝土過(guò)振、漏振及未進(jìn)行二次、三次抹面。

3 裂縫的預(yù)防及控制措施

3.1 干縮裂紋

干縮裂紋產(chǎn)生與混凝土構(gòu)件內(nèi)外水分蒸發(fā)有關(guān)，在該梁場(chǎng)防止和控制該裂紋出現(xiàn)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(shè)計(jì)中應(yīng)盡量控制好水灰比的選用，同時(shí)加入減水劑。②針對(duì)西北地區(qū)氣候干燥、混凝土表面水分易散發(fā)，晝夜溫差大，混凝土表面易結(jié)冰受凍等問(wèn)題，該制梁場(chǎng)采取了混凝土澆筑結(jié)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(shí)用蒸養(yǎng)棚覆蓋箱梁頂板和兩端部（制梁臺(tái)兩側(cè)采用30cm厚保溫磚一次性砌筑成固定保溫墻），再按照設(shè)計(jì)溫度梯度經(jīng)行蒸汽養(yǎng)護(hù)；進(jìn)入夏天在箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，頂板采用蓄水養(yǎng)護(hù)、箱內(nèi)、箱外采用高壓霧狀噴水養(yǎng)護(hù)發(fā)經(jīng)行養(yǎng)護(hù)，保持梁體的每個(gè)部位都能保持濕潤(rùn)，達(dá)到保濕的效果。

3.2 溫度裂縫

防止箱梁混凝土出現(xiàn)溫度裂縫最根本的措施就是控制混凝土內(nèi)部和表面的溫度差，具體措施有：①優(yōu)化配合比，選用低水化熱的水泥；在高性能混凝土的規(guī)范要求范圍內(nèi)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(xiàn)時(shí)間。③嚴(yán)格控制澆筑流程。嚴(yán)格按照箱梁生產(chǎn)工藝細(xì)則中混凝土施工的要求，分層、分區(qū)域澆筑，以便于及時(shí)較快的排除混凝土中的水化熱，減小應(yīng)力約束。在高溫季節(jié)泵送，要對(duì)骨料遮陽(yáng)曬水降溫，拌合用水采用制冷機(jī)或投擲冰塊降溫等措施，使拌合用水溫度降低，混凝土運(yùn)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?xí)r在箱梁上方覆蓋遮陽(yáng)棚并對(duì)外模灑水加溫，避免陽(yáng)光直射，從而降低混凝土水分的蒸發(fā)。④加強(qiáng)自然養(yǎng)護(hù)。針對(duì)西北地區(qū)干燥，相對(duì)濕度較小的特點(diǎn)，我們采取了用土工布覆蓋頂板（內(nèi)腔底板）蓄水養(yǎng)護(hù)，其余部位噴涂養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。蓄水養(yǎng)護(hù)保證蓄水池中養(yǎng)護(hù)水可覆蓋整個(gè)梁面，自然養(yǎng)護(hù)階段養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14d。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，預(yù)制梁表面應(yīng)噴涂養(yǎng)護(hù)劑，確保不漏刷。⑤加強(qiáng)蒸汽養(yǎng)護(hù)過(guò)程控制。采用自動(dòng)溫控系統(tǒng)，在蒸汽養(yǎng)護(hù)工作的準(zhǔn)備階段需要根據(jù)制定的養(yǎng)護(hù)溫度曲線在控制軟件中設(shè)置初始參數(shù)，包括靜養(yǎng)時(shí)間、第一升溫速率和時(shí)間、第二升溫速率和恒溫溫度、恒溫時(shí)間、降溫速率和最終溫度。通過(guò)自動(dòng)溫控系統(tǒng)能較全面的觀測(cè)到箱梁內(nèi)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(huán)境溫度的差值，確保溫差不超過(guò)15℃。

3.3 塑性收縮裂縫

防止和控制塑性收縮裂縫出現(xiàn)的措施有：①嚴(yán)格控制混凝土的水灰比，摻加高效減水劑來(lái)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(chǎn)生塑性收縮裂縫。②在箱梁配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格按照高性能混凝土的要求標(biāo)準(zhǔn)選用粗、細(xì)骨料，盡量避免或減少用硅灰和高細(xì)度的礦粉等礦物外加劑，減少混凝土的塑性收縮。③嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，防止過(guò)振、漏振，保證混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)。④梁體混凝土澆筑完后，橋面要作好二次、三次抹壓。并及時(shí)覆蓋薄膜及土工布，使混凝土在終凝前保持表面濕潤(rùn)。⑤在高溫和大風(fēng)天氣要做好遮陽(yáng)和擋風(fēng)措施，在澆注完畢后及時(shí)覆蓋蒸養(yǎng)棚并開(kāi)始蒸汽養(yǎng)護(hù)。

4 裂縫的修補(bǔ)

由于預(yù)制箱梁耐久性要求比較高，混凝土裂縫的出現(xiàn)對(duì)箱梁的質(zhì)量及耐久性造成很大的影響，所以對(duì)許用范圍內(nèi)的裂縫要做好修補(bǔ)。①表面修補(bǔ)法。表面修補(bǔ)法主要是指對(duì)箱梁混凝土表層很淺的龜裂裂縫的修補(bǔ)，且裂縫不對(duì)內(nèi)部鋼筋銹蝕造成影響的，而僅限于美化外觀的一種修補(bǔ)方法。一般常用的處理措施是在裂縫的表面涂抹用環(huán)氧樹(shù)脂材料拌合的水泥漿，以對(duì)所產(chǎn)生的微細(xì)裂縫進(jìn)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(shí)使用加入微膨脹劑的同配比水泥砂漿修復(fù)，修復(fù)后注意養(yǎng)護(hù)。或者在槽中嵌填專用注縫膠，封閉好裂縫。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)預(yù)制箱梁制造過(guò)程中出現(xiàn)的各類裂縫的表現(xiàn)形式、形成原因的研究和分析，提出并采取了相應(yīng)的控制和防治措施，在后期預(yù)制箱梁的過(guò)程中出現(xiàn)混凝土裂縫現(xiàn)象明顯減少，混凝土制品的外觀質(zhì)量得到了改善。通過(guò)大量的分析研究和實(shí)踐認(rèn)為在不同的施工環(huán)境條件下，利用新技術(shù)，合理的改善施工工藝，不斷的改進(jìn)創(chuàng)新，就能夠制造出實(shí)體優(yōu)質(zhì)，外表美觀的大型的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，并滿足在嚴(yán)寒、干燥、干旱地區(qū)制造和使用的要求。

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作者簡(jiǎn)介：

馬駿，石家莊鐵道大學(xué)土木工程專業(yè)，職稱：中級(jí)。

主要工作經(jīng)歷：

畢業(yè)后參加延安市環(huán)城道路架設(shè)，主要負(fù)責(zé)橋梁技術(shù)工作。后一直參加鐵路施工，先后參加修建宜萬(wàn)鐵路、甬臺(tái)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(shè)工作。