預制T梁裂縫分析、控制及處理

孫園林，謝欣欣，陸磊，墨紅超，陸俊俊

（江蘇中南建筑產業集團有限責任公司，江蘇 南通 226018）

預制T梁裂縫分析、控制及處理

孫園林，謝欣欣，陸磊，墨紅超，陸俊俊

（江蘇中南建筑產業集團有限責任公司，江蘇 南通 226018）

本文分析了非洲撒哈拉地區預制 T 梁生產過程中產生裂縫的原因，介紹了裂縫控制措施及裂縫處理方法，對今后類似的項目具有指導和借鑒意義。

T 梁；裂縫；控制；處理

0 工程概況

毛里塔尼亞（Mauritanie）努瓦迪布（Nouadhibou）新礦石碼頭工程由引橋結構和碼頭結構兩部分組成（圖 1），其中引橋結構長 800m，上部結構由 62 根預制 T 梁（圖 2）和若干根矩形梁構成。預制 T 梁長 30.5m，高 1.65m，翼緣寬1.5m，端部及梁底寬 0.84m，腹板厚 0.33m。

圖 1 努瓦迪布新礦石碼頭工程

圖 2 T 梁橫斷面和立面圖

1 混凝土配合比及性能

混凝土采用自有拌合站生產的 C 5 0 混凝土，其中減水劑采用C I M F L U I D 2 0 3，緩凝劑采用CIMAXTARD2121 。混凝土配合比和工作性能分別見表 1、表 2。

表 1 C50 混凝土配合比 kg/m3

表 2 C50 混凝土工作性能

2 施工情況

2011 年 9 月 16 日上午 6:20～9:45 澆筑第一根預制 T梁。澆筑期間氣溫 21～24℃，混凝土坍落度 120～160mm，澆筑方式為水平分三層澆筑，模板采用組合鋼模。2011 年 9月 18 日拆模后，發現在 T 梁中部（距離一端 14.30m 處）的腹板有一條豎向的貫穿裂縫，裂縫上至翼緣板下部，下至馬蹄結構上部（圖 3）。

圖 3 T 梁裂縫

3 原因分析

T 梁裂縫的出現引起項目部的高度重視，由項目經理組織技術負責人、質量負責人、試驗室負責人、拌合站負責人、混凝土工長等相關人員召開 T 梁裂縫專題會議，分析 T梁裂縫出現的原因，并制定相應的應對措施。

一般地，將混凝土結構的裂縫分為結構性裂縫和非結構性裂縫。后者主要是由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起的結構變形，當變形受到約束時，在構件內部便產生自應力，當自應力超過混凝土自身抵抗能力即抗拉強度時，便會引起混凝土開裂。本工程裂縫在混凝土施工期間產生，應屬后者。

經過項目部專題會議的分析和討論，認為可能導致 T 梁出現裂縫的原因如下：（1）混凝土配合比和混凝土原材料原因；（2）混凝土施工原因；（3）臺座不均勻沉降原因；（4）T 梁腹板處構造鋼筋配筋不足；（5）混凝土養護原因。

3.1 混凝土配合比和原材料原因

3.1.1 水灰比

從混凝土微觀結構來看，一般裂縫的出現都與混凝土的收縮有關。研究表明，混凝土在凝結硬化過程的初期，會發生干燥收縮和自收縮。干燥收縮的大小一般與水灰比成正比，水灰比越大，干燥收縮量越大。自收縮的大小一般與水灰比成反比，水灰比越小，自收縮的量越大，自收縮現象在高強高性能混凝土中尤為明顯。而水灰比的大小又與混凝土強度有直接的關聯，一般而言，混凝土的強度隨著水灰比的增大而降低。因此，應該充分考慮混凝土強度、干燥收縮、自收縮等因素的情況，合理選定水灰比值。

本工程使用的 C50 混凝土的水灰比為 0.40，符合本工程技術條款中水灰比不大于 0.45 的規定，且強度、和易性均能滿足本工程技術條款和工程施工的要求，因此本工程使用的C50 混凝土的水灰比合理。

3.1.2 水泥用量

溫度裂縫是混凝土裂縫中的常見類型，它是由混凝土內部的溫度應力引起的。在混凝土凝結硬化過程中，由于水泥水化放熱導致混凝土內部溫度升高，而混凝土結構中心的熱量比表面的熱量散發更加緩慢，從而導致混凝土產生內外溫差，混凝土內外溫差較大時，會使混凝土內部產生很大的溫度應力，從而使混凝土產生溫度裂縫。水化熱隨著水泥用量的增加而增大。因此，水泥的用量也對混凝土裂縫產生很大的影響。

本工程使用的C50混凝土的水泥用量為 434kg/m3，符合本工程技術條款中水泥用量不少于 400kg 的規定，同時也符合 GB/T50476—2008《混凝土結構耐久性設計規范》中 B.1.1條，C50 混凝土單位體積膠凝材料最大用量 480kg 的規定，且強度、和易性均能滿足本工程技術條款和工程施工的要求，因此本工程使用的 C50 混凝土的水泥用量合理。

3.1.3 水泥品種

水泥品種選擇不當也會造成混凝土的早期開裂，每種類型的水泥放熱量不一樣，主要與水泥熟料中的礦物成分的含量和比例有關。應盡量選擇水化熱低的水泥如粉煤灰水泥、礦渣水泥和火山灰水泥等，或者直接選用中熱或低熱水泥，以減少水泥在水化過程中釋放的熱量，降低出現溫度裂縫的風險。

本工程使用的 C50 混凝土的水泥為法標 CEMI 型水泥，符合本工程的技術條款要求該預應力 T 梁必須選用法標 CEMI型水泥的規定，且水泥的各項性能指標符合法標 EN197-1 規范規定。 CEMI 52.5N 水泥物理力學性能見表 3。

表 3 CEMI 52.5N 水泥物理力學性能

3.1.4 骨料

在混凝土微觀結構中，水泥石收縮遠大于骨料的收縮，因此通過合理摻配骨料，達到最優級配，來減少混凝土中的水泥漿量，從而減少混凝土的收縮值。

骨料表面的泥阻礙水泥石與骨料之間膠接的充分發展，降低了混凝土的抗拉強度。

骨料中的活性成分與混凝土中的堿性物質發生化學反應，引起混凝土內部自膨脹應力而產生開裂的現象。本工程出現的裂縫雖然不是由堿骨料反應引起，因為堿骨料反應需要在幾年甚至幾十年才會出現，但是從長遠角度考慮，也應該引起注意。

本工程使用四種粒徑骨料，分別是10～20mm 石子、5～10mm 石子、2～5 人工砂、細砂，通過計算分析來確定四種骨料的摻配比例及用量，達到了最優級配，且骨料的相關性能如含泥量、針片狀含量、強度、骨料堿活性等指標均滿足 JGJ52—2012《普通混凝土用砂石質量及檢驗方法標準》規定。

3.1.5 外加劑

外加劑的使用不當也可能造成混凝土開裂。一般使用的減水劑中常含有一定量的早強劑成分，這樣加快了水泥的水化過程，增大了早期水化熱，容易導致溫度裂縫的出現。 如有條件應選用緩凝型的減水劑，或者減水劑與緩凝劑同時摻加使用，以延緩水泥水化，推遲水化熱峰值，降低溫度裂縫的風險。

本工程使用的外加劑為減水劑和緩凝劑，用量符合產品說明書的規定，且經過試驗，混凝土的強度、和易性、坍落度損失等指標均符合要求。

3.2 混凝土施工原因

3.2.1 澆筑時間的選擇

掌握好澆注混凝土的時間對T梁裂縫的控制也很關鍵。因項目所在地位于撒哈拉大沙漠中，晝夜溫度差較大，一般而言，早晨澆注的混凝土比下午或晚上澆注的更易發生溫度裂縫。因為澆筑后水泥開始水化、凝結和硬化，混凝土內部溫度會升高， 而中午的環境高溫正好與其水化熱峰值重疊，中午 12 點至下午 15 點之間，混凝土內部基本會達到溫度峰值， 而混凝土在此時已經具有了一定的強度。到下午 17 點之后，環境溫度會急劇下降，造成混凝土內外溫差過大而產生溫度應力，從而導致混凝土開裂。如果將混凝土的澆筑時間安排到下午或者晚上，澆筑之后環境溫度降低不僅有利于混凝土自身水化熱的快速散發，而且可以避免上午澆筑時，下午混凝土水化熱峰值與外界環境最高溫度重疊的情況，降低混凝土中心的溫度峰值，從而減小即將出現的溫度應力。

本工程第一根 T 梁澆筑時候為上午 6:20～9:45，非最佳澆筑時間，因此有待調整。

3.2.2 澆筑順序和步驟

本工程編制的施工方案規定澆筑方法為：水平分三層澆筑，由一端向另一端推進，待第一層澆筑完成后，返回至起始端，再澆筑第二層，第二層澆筑完成后，再澆筑第三層。第一層澆筑至馬蹄部位，第二層澆筑至腹板和翼板的分界線，第三層澆筑至翼緣板頂。

而實際施工時，第一層由 A 端澆筑至 B 端，第二層卻是由 B 端澆筑至 A 端，第三層再由 A 端澆筑至 B 端。這樣的話，有可能會造成第二層澆筑至 A 端時，A 端的第一層混凝土已經初凝，上下兩層混凝土之間的粘結力不一致，第二層和第三層混凝土同樣如此。當每層混凝土之間的粘結力不一致，而當混凝土出現收縮變形時，變形受到的約束不一致而產生應力不均勻，導致混凝土出現裂縫。

3.3 臺座不均勻沉降原因

T 梁長度 30.5m，臺座的不均勻沉降也很容易導致 T 梁出現裂縫。這主要是由于臺座的地基未壓實，或臺座配筋不足或混凝土強度不夠引起。

實際上，臺座地基為堅硬的砂巖，先在砂巖上澆筑 10cm厚的 C25 素混凝土墊層，在墊層上再澆筑 16cm 厚的 C25 鋼筋混凝土臺座。并且場地的排水也很暢順，因而也可排除因臺座的不均勻沉降所造成。

3.4 T 梁腹板處構造鋼筋配筋不足

腹板處混凝土只有厚 33cm，且此處的縱向構造鋼筋直徑為 12mm，縱橫向間距均為 200mm。從裂縫控制角度來看，此處混凝土厚度最薄，并且配筋較稀，混凝土結構的抗裂能力最低，但結構受到收縮應力時，裂縫最容易出現在該部位。

從裂縫控制的角度，腹板處的構造鋼筋最好細而密。因此，通過與設計、業主、監理溝通，我們決定在 T 梁的腹板處，增加構造鋼筋的數量。

3.5 混凝土養護原因

混凝土養護不及時極易造成混凝土表面失水過快，而導致混凝土結構發生干縮變形，最終導致出現裂縫。混凝土的失水速率不僅取決于構件表面積、溫度、濕度、風速等，還與混凝土保溫保濕養護有關。

本工程混凝土養護采用表面覆蓋毛氈并澆水養護。由于白天陽光直射，并且白天經常風速很大，應采取措施降低新澆混凝土表面的水份蒸發。

3.6 約束作用

當混凝土構件的收縮變形受到約束時，在構件內部便產生內應力，當內應力超過混凝土自身抵抗能力即抗拉強度時，便會引起混凝土開裂。對于 T 梁而言，約束主要來自梁底與臺座的摩擦。在 T 梁收縮變形的過程中，由于 T 梁兩端寬度大、重量大，受到臺模的摩擦阻力大，相當于 T 梁兩端固定，中間拉伸，導致在梁跨中最薄弱處的腹板處產生裂縫。

因此，應采取措施，避免因約束原因而產生裂縫。

4 T 梁裂縫的預防措施

通過上述分析，項目部采取以下措施來防止裂縫的產生：

（1）混凝土澆筑時間改成晚上 18:00 至 21:30，避免白天環境溫度的影響。圖 4 即為工人夜間 T 梁混凝土澆筑施工場景。

圖 4 夜間 T 梁混凝土澆筑施工

（2）澆筑方法嚴格按照本工程編制的施工方案執行，即水平分三層澆筑，由一端向另一端推進，待第一層澆筑完成后，返回至起始端，再澆筑第二層，第二層澆筑完成后，再澆筑第三層。第一層澆筑至馬蹄部位，第二層澆筑至腹板和翼板的分界線，第三層澆筑至翼緣板頂。

（3）在 T 梁的腹板處，每邊增加六根直徑 12mm 的構造鋼筋，每根長度 12m，以增強腹板處混凝土結構的抗裂能力。

（4）在每根 T 梁上方和四周設置一個遮陽蓬, 避免陽光對混凝土表面的直射，如圖 5 所示。這樣不僅降低了混凝土表面的溫度，同時也避免了因溫度升高或大風的影響造成混凝土表面的水份的過快蒸發。白天對每根 T 梁三個小時灑水養護一次，同時保持地面的濕潤，以保證有足夠的養護濕度。

圖 5 T 梁上方和四周設置遮陽蓬

（5）保持臺座上的鋼底模平整光滑，并定期打磨，側模合模前必須對剛底模均勻涂刷脫模劑，并盡快澆筑混凝土。如推遲澆筑混凝土，應采取必要的覆蓋保護措施，避免灰塵雜物等進入模板內，污染脫模劑。如合模后長時間不澆筑混凝土，到澆筑混凝土前必須重新拆開側模，對鋼底模和側模重新涂刷隔離劑。

5 結果

項目部充分吸取第一根 T 梁的經驗教訓，采取上述措施，并精心組織施工，取得了很好的效果。2011 年 9 月 19 日澆筑第二根 T 梁，至 2011 年 12 月 31 日澆筑最后一根 T 梁，均未再出現裂縫。

6 裂縫處理

通過與業主、監理工程師溝通討論，三方達成一致意見，即在第一根T梁張拉后，對裂縫采取環氧樹脂封堵法處理。

在張拉前后，我們還對裂縫寬度變化進行了測量（見圖 6），結果顯示，T 梁張拉前后，兩側的裂縫分別縮小了0.170mm 和 0.115mm。

圖 6 T 梁裂縫寬度變化監測

T 梁張拉完成后，先對兩端進行封錨處理，之后再進行裂縫處理。裂縫處理時，先用切割機將裂縫擴大成一條寬15mm、深 30mm 的 U 型槽（見圖 7），用清水將其清洗干凈，待其干燥后采用環氧樹脂（SIKA42S 材料）灌注（見圖8），待環氧樹脂最終凝固硬化后，對表面做適當的打磨處理，以保證表面光滑平整。

圖 7 T 梁裂縫表面開鑿 U 型槽

圖 8 T 梁裂縫環氧樹脂灌注

7 結論

預制 T 梁的裂縫問題，一直是困擾混凝土施工的一個技術難題。本文結合施工實例就預制 T 梁裂縫產生的原因做了詳細的分析，提出合理可行的預防措施控，并就裂縫的修補處理作了說明，對今后類似的項目具有指導和借鑒意義。

［通訊地址］江蘇省南通市崇川區中南世紀城 29 棟 7 層（226018）

Analysis, control and treatment of cracks of prefabricated T beam

Sun Yuanlin, Xie Xinxin, Lu Lei, Mo Hongchao, Lu Junjun
( Jiangsu Zhongnan Construction Industry Group Co., Ltd, Nantong 226018 China)

This paper analyzes the causes of cracks in production process of prefabricated T beam in sub-Saharan Africa and introduces measures of preventing cracks and treatment methods, it is a guide and reference for the future similar projects.

T beam; crack; control; treatment

孫園林（1976—），男，江蘇中南建筑產業集團有限責任公司海外公司總經理，高級工程師。