高速公路預制丁梁早期開裂機理及施工技術

唐雙美

摘要：在高速公路工程的施工過程當中，預制T梁裂縫是一種非常常見的問題，為了使得整體施工質量得到充分的保證，相關技術人員認真分析預制T梁的早期開裂機理，并根據實際情況提出應對措施。本文主要以某一工程為例，對預制T梁的早期開裂機理進行了詳細的分析，并對其預防措施進行了探討，希望為我國高速公路預制T梁的早期開裂預防提供一定的借鑒。

關鍵詞：高速公路；預制T梁；早期開裂原理；施工技術

在高速公路的建設過程當中，預制T梁的早期開裂問題非常普遍，但又難于解決，在施工當中，施工人員以及技術人員往往關注較多的是原材料的質量問題以及混凝土的配比、養護問題等原因，而忽視了溫度對T梁所產生的不利影響，對溫度應力是T梁早期開裂的主要原因更是知之甚少。

一、工程概況

某高速公路TJ-3標段全長lOkm，主要工作量為：路基（6590m）土石方共508.9萬m3，其中挖方289萬m3，填方269.4萬m3；橋梁1840m/8座，其中大橋1750m/5座，中橋90m/3座；涵洞14座。標段內40mT梁618片，20m箱梁35片。在T梁的施工過程當中，有23片都發生了很多條貫穿性的豎向裂縫，并且主要分布在梁中腹板的位置上，裂縫的寬度在0.1mm到0.6mm之間，如圖1所示。

在高速公路施工當中，引起預制T梁產生裂縫的因素有很多，在經過對裂縫以及工程情況的分析之后，基本上已經排除了結構的設計以及地基沉降、澆筑振搗、側模支撐等因素，認為預制T梁出現早期開裂的最主要的原因是夏季施工天氣炎熱，所使用的原材料質量不高，并且后期養護做的不到位。因此，工程項目部盡量將預制T梁施工工序放到了晚上，并且適當的降低了水泥的摻入量，并將水泥入機時的溫度控制在了500C以下，其次，在砂石倉的上部設置了一個防曬棚，定期對其進行噴淋降溫處理，使混凝土在入模時的溫度保持在35℃以下，另外，還安排了養護人員對其進行二十四小時的連續養護。為了使得該項目順利進行，還需要對T梁的早期開裂機理進行更為細致的分析。

二、高速公路預制T梁早期開裂的機理分析

（一）裂縫成因的初步分析

在高速公路建設過程當中，預制T梁發生早期開裂主要是因為混凝土發生的穩定應力以及收縮力的作用。混凝土在發生收縮時通常有化學收縮以及塑性收縮、碳化收縮等等，其中，化學收縮指的是水泥會在梁體發生硬化的過程當中與水發生一定的化學反應，繼而產生一定的收縮，雖然化學收縮無法控制，但收縮量較小，因此，不會引起T梁的早期開裂現象。塑性收縮是在梁體硬化之前發生的體積收縮，通常出現在混凝土的表面，不會形成貫穿性的裂縫，因此，該工程T梁早期開裂的原因不是塑性收縮。碳化收縮指的是當外界濕度在百分之五十五左右時，水泥的水化產物會與空氣當中的二氧化碳發生一定的化學反應，進而引起混凝土的收縮，該收縮通常發生在混凝土硬化的中后期。在實際的高速公路工程當中，貫穿性裂縫通常發生在混凝土硬化后的六小時到二十四小時之間，所以，引起T梁早期開裂的一個主要原因就是混凝土的收縮。

在內外界溫度發生變化時，T梁會收縮或者是膨脹而受到外界的約束作用，進而產生的應力就是溫度應力。在預制T梁收縮時，溫度應力表現為拉應力，可以在Z軸方向上進行隨意的收縮，并不會引起T梁裂縫的出現，但在X軸方向上會出現大幅度的收縮，一旦拉應力比梁體強度還要大的時候，就會引起豎向裂縫的出現。當預制T梁膨脹時，溫度應力表現為壓應力，但與混凝土抗壓強度相比可以忽略，而且也不會引起T梁裂縫的出現。

由于跨中腹板位置處的混凝土較薄，而且鋼筋的水平間距也較大，所以，非常容易出現豎向的裂縫，因此可以推斷出，預制T梁發生早期開裂的又一個原因是穩定應力的作用。

（二）預制丁梁實際溫度測試

在對該工程預制T梁進行溫度測試之后得知，在梁表面具有11℃的溫度差，端頭中心處的最高溫度達到了90℃，跨中腹板中心處的最高溫度達到了60℃，在澆筑完畢混凝土的八小時到二十小時之后，二者的溫度差在5℃以上。通過查閱相關資料后得知，在預制T梁收縮降溫時，若是溫度差在26攝氏度以上，混凝土就會形成比混凝土抗拉強度還要大的拉應力，從而使得T梁出現早期開裂現象。在該工程澆筑混凝土后的八小時到二十小時之后，T梁中部腹板的地方出現了三條豎向的裂縫，因此可以得出以下結論：預制T梁出現早期開裂現象的最主要原因是橫軸方向上產生了溫度應力，當橫軸上的溫度差在25℃以上時，T梁就會出現開裂的趨勢。

三、高速公路預制T梁早期開裂的預防措施

（一）加入緩凝劑

在實測該工程中預制T梁的溫度之后得知，混凝土的初凝時間為兩個半小時，比澆筑當中的要求要低得多，這時T梁的下部己經開始變硬，而對上部進行混凝土的振搗等作業時就會給下部結構造成一定的損壞，進而影響到整個梁體結構的質量。在混凝土當中加入適量的緩凝劑之后，混凝土的初凝時間就會適當的延長一些。在該工程所用混凝土當中加入緩凝劑之后發現，在澆筑完畢三個小時之后，T梁才開始有溫度的變化，而且中心位置上的最高溫度有所下降。這是因為在混凝土當中加入緩凝劑之后，緩凝劑當中的氨基分子以及羧基、羥基分子極易與水分子發生絡合反應，使得水泥表面形成一層溶劑化的水膜，延緩了水泥的水化現象。在水泥發生了水化之后，緩凝劑當中的羥基便會與水化產物形成一種絡合物，在一定程度上使得水泥的水化速度有所降低。總的來說，就是整個預制T梁的水化熱量不會改變，但混凝土的升溫速度會明顯加快，散熱時間也會明顯的加長。在對加入緩凝劑的預制T梁后期檢測當中發現，有一部分的梁體并為出現早期開裂現象，但還是有個別梁體出現了早期的開裂，因此，向混凝土當中加入緩凝劑并不能從根本上預防預制T梁的早期開裂。

（二）更換水泥

在該工程當中，為了滿足預張拉力的具體要求，所選用的水泥為強度較高的P·Ⅱ52.5R水泥，該水泥具有很大的水化熱，放熱速度也較快，對梁體內外溫度差的控制基本上沒有辦法實現。而P·042.5R水泥則具有較低的水化熱，放熱速度也較慢，在控制梁體內外溫差時較為簡單。通過對兩種水泥預制的T梁溫度實測之后得知，二者溫度差最高達到了8℃，這也就說明在進行溫度控制時P·042.5R水泥更勝一籌，但是直接將水泥換成P·042.5R類型之后，會對梁體的強度造成影響。在分析之后得知，在相同的氧化條件之下使用P·042.5R水泥，然后再對梁體進行養護之后發現，梁體的抗壓強度有所增強。因此可以得出以下結論：降低水泥強度之后并不會給梁體的抗壓強度造成不利的影響。

（三）其他措施

在預防預制T梁出現早期開裂時，還可以采取以下幾點措施：第一，采用鋼模結構的底模，要保證底模表面的光滑度以及平整度，并在底模上進行兩次脫模劑的涂抹，將梁底的摩擦力降到最低，給T梁的自由伸縮創造更多的有利條件。第二，脫模之后在預制的T梁中間位置上覆蓋上一層土布，并且要用噴淋霧進行灑水，梁體的兩端位置直接進行淋水即可，以減少橫軸方向上產生的溫度應力。第三，在拌制混凝土時向其中加入適量的鋼纖維或者是聚丙烯纖維，這樣可以使混凝土的抗裂性能得到有效的增強。第四，對施工原材料進行噴淋操作，己達到降溫的目的，在進行混凝土攪拌的地方要安裝一個水冷卻系統，并且在夜間進行施工，將混凝土的入模溫度控制在30℃以下。

四、結束語

綜上所述，可以得出以下幾個結論：第一，導致預制T梁出現早期開裂現象的主要原因是預制T梁的橫軸方向上產生了溫度應力，當梁體長度方向上的溫度差在25℃及以上的時候，梁體就會出現早期的開裂現象；第二，可以通過更換低水化熱的水泥，并在混凝土當中加入緩凝劑的方式來有效的降低梁體橫軸方向上產生的溫度應力，進而有效的預防預制T梁的早期開裂問題。

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