預應力混凝土梁體裂紋探析及整治

李士中 上海鐵路局阜陽工務段

阜陽工務段京九線管內橋梁192座，總計981孔，其中混凝土梁979孔，占總孔數的99.8%。隨著列車運量的日益增加，車速不斷提高，圖定列車密度加大，自1996年京九線貫通運營以來，先張法預應力混凝土梁出現的裂紋呈現逐年增多的趨勢，現將我段歷年秋檢資料和調查資料統計列表如下（見表 1）：

表1 歷年秋檢資料和調查資料統計表

根據《鐵路橋隧建筑物修理規則》第3.5.4條相關規定，預應力混凝土梁下緣豎向及腹板主拉應力方向不允許有裂紋，梁體縱向及斜向最大梁縫限值不能超過0.2 mm。據統計，目前產生裂紋的混凝土梁已占一半以上，且多集中在跨度為16 m和20 m兩種預應力混凝土梁內，具體表現為下翼緣受拉區的短細裂紋，梁腹板斜裂紋，梁身局部的網狀裂紋及水平超長微裂紋，(詳見圖 1、圖 2)。

圖1 京九線697#橋腹板斜裂紋

梁的裂紋使混凝土的防水性和耐久性大為降低。如果水滲入裂紋就會使梁內主筋銹蝕，就會改變主筋和混凝土的受力狀態，降低梁的使用壽命，危害嚴重。

圖2 京九線684#梁身水平長裂紋

1 原因分析

1.1 設計施工方面

設計上忽視梁的耐久性，在列車荷載長期反復作用下，梁體下翼緣出現水平裂紋，腹板出現斜向裂紋。

施工中，過分強調加快圬工梁的生產進度，水泥用量大，養生濕度小，溫度高，初張拉早，導致混凝土收縮徐變大，溫度應力高，使梁體混凝土產生早期不可見的微裂紋；又配合比不當、砂石料級配不良，粗細骨料泥污及其他含量過高均會影響其質量。另外鋼筋不直，焊接綁扎質量不良，鋼筋接頭布置不合理，混凝土養護不良，鋼筋保護層不夠等均會產生裂紋。

1.2 維修養護方面

從養護來講，若支座養護不良，活動支座起不到活動支座的功能，在荷載和溫度應力作用下梁不能自由伸縮而改變了梁的受力狀況，從而產生梁體裂紋。支座的吊空或墩臺面的下沉，造成梁體產生斜彎曲或扭轉產生裂紋；混凝土梁如果缺少檢查維修設備，梁體產生裂紋沒及時整治處理，梁體泄水孔沒有及時修補和接長，導致病害進一步發展。

1.3 其他方面

（1）是混凝土徐變及收縮變形特性所致；（2）是環境影響，梁的外側受溫度，濕度變化的影響，裂紋明顯多于梁內側；（3）是重型機車及重型軌道的投入使用，道碴厚度增加，導致梁承受荷載增大出現裂紋；（4）是列車的高速重載和不斷加大的運量，使梁頻繁承受沖擊、拉壓等荷載的大幅度及不均勻反復變化影響；（5）使用了高堿水泥和含有活性硅的砂石骨料，導致混凝土發生堿-集料反應。

2 整治措施

混凝土梁裂紋的整治是一項實用性很強的技術，它涉及修補的方法、機具和材料、既要方法簡便易行，修補費用較低，又要滿足鐵路工程的具體條件和質量可靠等要求。當梁發現裂紋后，應在裂紋的起點和終點用紅漆作出記號并用刻度放大鏡量取裂紋寬度，做好記錄觀測三個月待裂紋穩定后再進行處理。一般根據裂紋寬度和部位，主要有表面封閉、開槽填補和壓注漿液三種方法。

2.1 環氧樹脂修補

2.1.1 微小裂紋可在其表面涂刷兩遍環氧樹脂漿液進行封閉當裂紋寬0.15 mm～0.3 mm時，沿裂紋鑿一條外口寬20 mm，深約15 mm的梯形槽。涂約0.2 mm厚的樹脂涂料，再用樹脂漿料修補平整。

2.1.2 在鑿槽、清掃、清洗后，對裂紋進行修補

（1）對裂紋進行封閉時，用灰刀或油刷將樹脂涂料均勻涂刷于封閉的裂紋處，每層都壓光，表面平整，特別是已涂刷的邊緣與被修物體連接光滑一致，頭層未干不得刷下層涂料。

（2）修補者，先在槽內和槽兩邊各50 mm內用灰刀或油刷涂刷一層0.2 mm樹脂涂料并壓光，待涂料層固化后，用灰刀將樹脂砂漿邊壓在槽內，分兩次抹（頭遍稍微固化后再抹兩遍）；填滿為止。

2.1.3 拌合樹脂涂料或砂漿

（1）稱好所需要材料，按比例先將細填料拌合均勻，拌合前的硬塊應先壓碎，如拌合樹脂砂漿時，將砂加入拌好的細填充料中，再拌合均勻為止。

（2）將環氧樹脂與稀釋劑攪拌均勻，當環境溫度低于20℃時，可用溫水浴法（將拌合物裝入器皿中置于水中加溫，水溫不要超過40℃）使樹脂溶化。

（3）將硬化劑加入已稀釋的樹脂液中，迅速攪拌均勻。

2.1.4 注意事項

（1）加入硬化劑的樹脂料，一般不宜加熱，如氣溫過低影響操作或拌合時，可用溫水浴法稍微加熱，但禁止局部加熱過高，以防拌合物早期凝固。

（2）應采取保溫，防雨覆蓋措施，避免烈日照曬，減少內外溫差，降低內應力，防止表層孔細微裂紋和結合處有"暴皮"現象。

（3）一次拌合量使用時間不得超過30 min；一次拌合量使用乙二胺和T31固化劑時不超過0.5 kg，使用間苯二胺硬化劑時不超過1 kg。

2.2 M1500水泥密封劑修補微裂紋

M1500是由溶于水的水玻璃和美國進口的催化劑組成的剛性復合水基溶液，具有無色、無味、無毒、無可燃性微混濁的液體，修補圬工橋微裂紋比環氧樹脂類具有比較明顯的經濟性價比。

2.2.1 對圬工梁表面噴水

修補前對圬工梁表面噴水，等30 min后梁體潮而不干的狀態下使用手動噴漿機噴涂，噴涂三遍過24 h后，可見圬工表面析出白色物質，即氫氧化鈉（NaOH）,用清水沖洗干凈，這樣就能使M1500徹底滲透。

2.2.2 M1500水泥密封劑有以下優點

（1）涂刷后，可以由上向下滲透或由下向上滲透，也可由里向外或由外向里滲透，達到密封防水目的。噴涂后，混凝土表面光滑，清潔無污染、無灰塵。

（2）對于較厚的混凝土建筑物，可以多次涂刷，以使滲透徹底。

（3）可用于一切新、舊水泥構筑物，施工簡便，價格便宜，可無限期貯存。

（4）M1500水泥密封劑能承受地下水約30 m的水壓。

2.3 利用ZV混凝土修補膠修補

首先將混凝土裂紋處清洗干凈，涂刷一層ZV膠：水泥=1：0.8的聚合物水泥漿，再將聚合物水泥砂漿用抹刀填補縫隙足量，壓抹即可。

聚合物水泥砂漿配比采用

水泥：中砂：ZV 膠：水=1：2.5：0.35：適量

2.4 用壓力注漿法進行修補

采用"T"系列彈力補縫器，注釋膠，應用壓力注漿法進行修補，先將裂紋表面清理干凈，再涂刷封縫膠和安裝封咀，用注漿器將補縫膠在壓力下注入裂紋。

3 結語

從整治的情況來看，修補過的裂紋沒有產生開裂或繼續發展的情況，有效地防止了鋼筋銹蝕，延長了橋梁的使用壽命。

（1）將加大觀測檢查力度，建立專門詳細的檢查臺帳，把控制混凝土梁裂紋當作養修重點工作來抓。

（2）加強混凝土梁的維修養護，控制裂紋發展，防止維修不及時造成小病害變成大病害。

（3）在修補混凝土梁裂紋時，加強探索和引進，采用新材料、新技術。進一步提高修補質量和效率。