高標號混凝土預應力T梁產生豎向裂縫的機理及預防措施

(廣安交通投資建設開發集團有限責任公司， 四川 廣安 638000)

1 T梁產生豎向裂縫的機理分析

1.1 調查

為了研究裂縫產生的原因，研究人員首先對之前出現的相似裂縫資料進行了查閱，通過對以往混凝土 T梁出現中豎向裂縫的案例進行調查，發現普遍產生裂縫情況的嚴重部位都是位于T梁腹部區域。后來研究人員對出現混凝土T梁出現豎向裂縫的預制梁場進行實地考察，調查結果如下：出現裂縫問題的主要是位于翼緣板與腹板相交位置，發展水平不同但是大多數都為豎向延伸裂縫，還有一部分裂縫發展程度較為嚴重，一直延伸到腹板兩側同時產生裂縫，除了腹板部位還有其他區域也出現了類似的混凝土豎向裂縫的情況，研究人員又分別對這些區域的裂縫情況進行了詳細的調查和記錄，將各個區域裂縫的發展長度、寬度、深度分類和統計。

1.2 分析

研究人員對所有裂縫進行調查后，對所出現的豎向裂縫進行了分類，主要出現裂縫的類別屬于溫度裂縫。

（1）出現的這些豎向裂縫，多是由于混凝土外部溫差造成的裂縫，這樣的裂縫產生的時間較短，深度較淺，由該原因造成的豎向裂縫，主要呈現和短邊平行的狀態，并且有一個統一的特征就是配筋率普遍較小。造成裂縫實際出現的原因是由于混凝土受到內外溫差的作用，在溫差的影響下內部膨脹，外部壓縮，兩股方向不同的應力共同作用，最終導致混凝土出現明顯裂縫。混凝土作為橋梁工程的主要材料，在橋梁工程中使用量非常巨大，由于混凝土在凝結過程中會造成比較劇烈的水化熱現象，使用特種水泥用于高標號混凝土尤為明顯，所以現場施工人員需要及時對水化熱進行干預，在水化熱過程中混凝土會表現早期收縮過程強烈的狀態，同時調查人員還注意到混凝土結構施工時間主要是集中在夏季高溫季節，在夏季過于明顯的日夜溫差會加劇混凝土內外溫差情況，造成裂縫情況發生更加頻繁，且影響程度更深，在進行混凝土工程養護過程中，施工人員必須根據當地實際的溫度情況，在白天時選擇合適的降溫手段，同時在夜間注意對混凝土構件進行保護，以確保在晝夜交替間混凝土結構不會接觸到太過劇烈的溫差效應，盡可能降低混凝土內外溫差值。施工人員在進行混凝土澆筑及養護時，必須保證混凝土內外溫差不得出現大于15℃的情況。根據以往的經驗，當內外溫差達到15℃以上時，很容易在混凝土表面造成溫度裂縫情況，在實際施工過程中，由于施工人員沒有及時根據外部溫度環境采取諸如灑水等降溫措施導致混凝土外表面處于高溫狀態，出于趕工期的考慮，施工人員在混凝土凝固未達到24小時便提前進行了拆模工作，使得隔熱和夜間保溫的相關工作無從進行，由于拆模時間較早即使在混凝土表面涂抹相應的養護液，也不能夠達到有效的高溫隔熱效果，在夜間不能達到低溫保溫效果，使得整個混凝土養護過程受到人為影響無法正常進行。在橋梁腹板部位的混凝土，只能依靠生產過程中向其內部添加的拌合用水來補充，水量較少，無法長時間保證混凝土結構的濕潤和降溫目的。研究人員根據在現場收集到的這些影響因素，最終判斷造成混凝土集中出現豎向裂縫的原因是由于混凝土結構內外產生了過大的溫差所致。由于溫差的存在，造成內部膨脹和外部壓縮，應力持續作用于混凝土結構，最終破壞其穩定性，造成表面裂縫而由于橋梁腹板部分配筋率較小且鋼筋的水平間距較大，無法起到有效的穩定作用，最終造成表面裂縫頻繁出現。

（2）除了溫差造成的裂縫情況以外，研究人員還發現了由于梁體溫降收縮受到底模影響產生變形約束裂縫。雖然出現的次數與溫差影響產生的情況相比較少，但是依然是一種不可忽視的裂縫出現原因。在例行裂縫的分布為中間集中，兩邊分散，裂縫發展的方向和短邊方向平行或接近平行，一般產生的裂縫都是按照長邊分段出現豎向裂縫基本分布于中間20米左右的范圍，且在腹板處出現的頻率較大，存在個別發展情況較為嚴重的裂縫，一直發展到腹板底部，并且以每一片大約三至六道裂縫為常出現的裂縫數量，長度10cm至100cm不等。梁體溫縮受到底模約束，在梁底和梁模之間出現摩擦或者粘結，產生的剪力使梁體收縮過程受到阻礙，從間接的角度影響到了梁體，使其產生了拉伸效應，而且拉伸分布并不均勻，對于底部區域的拉伸情況較為嚴重，而向上發展時這樣的拉伸趨勢就會逐漸放緩。

出現在梁體截面上的水平拉應力也主要集中在底部，向上發展時這樣的拉升趨勢會逐漸呈現放緩趨勢。在正常狀態下，該拉應力由梁體混凝土和鋼筋的水平拉力進行平衡，保證整個結構的穩定性。如果拉應力的強度大于梁體混凝土的抗拉強度時就會出現豎向裂縫情況。在墻體的配筋安排上，主要是將配筋放置在底板，其次是頂板，橋梁腹板的鋼筋分配量較少，也造成腹板部分水平拉力最小，在不同區域內腹板由于水平拉力分布最小，最容易受到拉應力影響，使其內部結構遭到破壞，產生豎向裂縫情況。這也解釋了為什么研究人員在勘察現場時，發現多數豎向裂縫的出現都位于底板區域。研究人員在現場還發現了一部分梁片底模對于梁截面產生的拉應力非常巨大，如此巨大的拉應力，甚至導致裂縫一直延伸到了頂板位置，最嚴重的情況甚至在馬蹄部分也出現了裂縫，直接影響到橋梁的使用和壽命。

從力學角度出發梁底剪力的大小和底模的類型有關。如果底模能夠保持較好的平整度和光潔度，此時梁底剪力反映的數值較少。研究人員在現場進行調查時發現最終發展成裂縫形態的均為白鐵皮底膜。翻閱相關資料，發現該工程所采用的白鐵皮底膜是由單塊一米左右的白鐵皮拼接而成，每一片梁上分布有36道拼接縫，由于施工人員進行拼接時對于拼接工作的重要性和技術要點沒有深入的理解，造成在拼接過程中存在一部分的拼接質量不達標準，由此產生較大的阻力。

2 預防措施

2.1 根據實際情況，及時改變底模類型，將梁體臺座頂面設置為鋼板底模，且要求其厚度應該保持在六毫米左右。并且對其進行系統的除銹打磨工作，在其外部噴涂脫模劑，以減少表面阻力的產生，使梁體能夠自由伸縮。

2.2 施工人員應該密切關注混凝土結構的溫差情況，盡一切可能減少溫降幅度，保證混凝土結構的內外溫差能夠維持在15℃以內。

2.3 重新設計腹板的配筋率，根據上述內容我們可知，由于在之前的方案中腹板區域的配筋率較小，無法產生足夠的水平拉力，所以無法對抗足夠的拉應力。施工人員應該加密水平布筋間距，改善其受力性能，必要時應根據混凝土強度達到張拉允許強度時及時張拉，約束混凝土水平拉應力。

結束語：為了保證高標號混凝土不出現頻繁的裂縫情況，參建單位應該在原材料選購、配合比控制、施工工藝管理、混凝土養護等多個方面采取嚴格的控制。同時施工管理人員還需要注意的是所有參建人員對于混凝土凝結過程的認識程度在其能否正確處理降低混凝土水化熱有著非常重要的作用，所以在之后的工作過程中必須要指定專門的施工人員負責混凝土的養護工作，并且對其進行系統詳細的培訓，保證現場施工人員能夠正確認識其工作內容的原因和后果，在日常工作過程中能夠根據觀察混凝土狀態來判斷是否應該進行相應的降溫保濕工作。

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