淺談箱梁產生裂紋的原因及預防處理措施

摘要：針對箱梁預制混凝土產生裂縫的原因，及在施工中如何采取措施，有效地防止混凝土裂縫，提出了幾點看法。

關鍵詞：表面裂紋；沉縮裂紋；溫度控制；裂紋處理。

前言：廣西省南寧鐵路局沿海鐵路南寧至欽州段NQ1標良慶制梁場負責28座橋梁共計349榀箱梁預制任務。采用橫列式布置，900t輪胎式提梁機提梁、移梁。梁場設置8個32m制梁臺座，1個32m/24m共用制梁臺座， 45個存梁臺座（均為雙層存梁，其中預留5個臺座），2個中轉臺座，設計存梁90榀，極限存梁能力105榀。制梁場為分為生產區、存梁區、混凝土拌和站區、生活辦公區、庫房、試驗室等。

1.裂紋原因的分析

混凝土中產生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結構不合理，原材料不合格（如堿骨料反應），模板變形，基礎不均勻沉降等。

從裂紋的形成過程可以看到，梁體混凝土之所以開裂，主要是混凝土所承受的拉應力和混凝土本身的抗拉強度之間的矛盾發展的結果。因而為了控制混凝土裂縫，就必須盡最大可能提高混凝土本身抗拉強度性能和降低抗應力（特別是溫度應力）這兩方面綜合考慮。抗拉強度主要決定于混凝土的強度等級及組成材料，要保證抗拉強度關鍵在于原材料的優選和配合比的優化（混凝土強度等級設計已經確定），由于混凝土選用地材，從經濟角度來考慮，原材料優化的空間相對較小，所以降低拉應力是控制砼裂縫的有效途徑，而降低拉應力主要通過減少溫度應力和沉縮應力來控制溫度裂縫和沉縮裂縫。

2.溫度裂紋分析

2.1水泥水化熱

水泥水化過程中放出大量的熱，內部溫度不斷上升，使砼表面和內部溫差較大，砼內部膨脹高于外部，此時砼表面將受到很大的拉應力，而砼的早期抗拉強度很低，因而出現裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大，離開表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內發生，表面層以下結構仍保持完整。這情況主要發生在自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30天。

2.2外界氣溫、濕度變化

箱梁預制混凝土結構在施工期間，外界氣溫的變化對裂縫的產生有著很大的影響。混凝土內部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結構的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加梁體混凝土的內外溫度梯度。如果外界溫度下降過快，會造成很大的溫度應力，極易引發混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產生。

2.21溫度裂紋控制溫度的措施如下：

1）采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量；

2）拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度 ；

3）控制混凝土入模溫度并加強振搗，嚴格控制振搗時間，移動距離和插入深度，保證振搗密實，嚴防漏振及過振，確保混凝土均勻密實。

4）熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；

5）規定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度；

6）混凝土溫度監測，在混凝土內部及外部設置溫度測點，并且設置保溫材料溫度測點及養護水溫度測點，現場溫度監測數據由數據采集儀自動采集并進行整理分析，每一測點的溫度值及各測位中心測點與表層測點的溫差值，作為研究調整控溫措施的依據，減小混凝土內外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。

3.混凝土的沉縮裂縫分析

混凝土在空氣中硬結時體積減小的現象稱為混凝土收縮。當混凝土在不受外力的情況下，自發變形受到外部（預埋件、鋼筋、模板等）約束時，將在混凝土中產生拉應力，使得混凝土開裂。一般來說混凝土收縮主要有以下三種原因：

3.1硬化收縮

即混凝土在水化結硬過程中，由于水泥顆粒不斷水化，毛細管及各孔隙游離水逐漸與水泥礦物質水化，轉化為凝膠及結晶形成水泥石，體積略有收縮。

3.2失水收縮

混凝土中存在極細的孔隙，水從中逸出，在這些毛細孔中產生毛細張力使混凝土產生變形，造成干縮或塑性收縮。即混凝土內的水分不斷蒸發，引起顯著的體積收縮。

3.3碳化收縮

即空氣中的CO2 ，與水泥石中的Ca（OH）2，作用，生成 CaCO3和水。由于碳化引起水泥石化學組成及組織結構的變化，從而對混凝土產生收縮影響。

混凝土的體積收縮是水化過程中的一種必然現象，理論上說在完全自由的狀態下，收縮只會引起構件的縮短，不會在構件內產生應力，不會產生裂縫。實際上由于結構的整體作用，每種構件都受到不同程度的約束，因此混凝土收縮必然在結構、構件中產生內應力，當這些應力足夠大時，就會導致結構、構件的開裂。

4.混凝土的沉縮裂縫預防措施

4.1硬化收縮

一是合理地安排作業時間，盡量避免在中午氣溫高峰時間進行施工；二是保證施工用水的溫度；三是縮短作業延遲時間；四是控制開始養生的時間及條件，保證混凝土養生齡期。

4.2失水收縮

干縮裂縫多出現在混凝土養護結束后的一段時間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。混凝土中水分的蒸發會產生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網狀淺細裂縫，大體積混凝土中表面部位多見，較薄的梁板中多沿其短向分布。混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。塑性收縮是指混凝土在凝結之前，表面因失水較快而產生的收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風天氣出現，裂縫多呈中間寬兩端細且長短不一、互不連貫狀態。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間、環境溫度、風速、相對濕度等等針對這兩種失水收縮主要預防措施：一是選用收縮量較小的水泥.一般采用中低熱水泥和礦渣硅酸鹽水泥。二是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，同時摻加合適的減水劑。三是在混凝土終凝前進行二次抹面。四是及時覆蓋塑料薄膜或者潮濕的土工布等，保持混凝土終凝前表面濕潤，或者在混凝土表面灑水或噴灑養護劑等進行養護，冬季只能噴灑養護劑等進行養護。

5.梁體混凝土的裂縫檢查與處理

裂縫的出現不但會影響箱梁的整體性和剛度，還會引起鋼筋的銹蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗滲能力。

5.1表面修補法

表面修補法是一種簡單、常見的修補方法，它主要適用于穩定和結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂，通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

5.2嵌縫法

嵌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，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等；常用的剛性防水材料為聚合物水泥砂漿。

5.3結構加固法

當裂縫影響到混凝土結構的性能時，就要考慮采用加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結構的截面面積，在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。

6.結束語

綜上所述，雖然大體積混凝土很容易產生裂縫，但是大量的科學研究以及成功的工程實例都表明：只要我們在設計、施工工藝、材料選擇以及后期的養護過程中能夠充分考慮的各種因素的影響，同時在施工中多觀察、多比較，出現問題后多分析、多總結，結合多種預防處理措施，還是完全可以避免危害結構的裂縫的產生，保證混凝土的耐久性。