混凝土预应力T梁施加应力前裂缝成因分析与防治

白建朴

摘要：后张预应力混凝土T型梁是桥梁的主要受力结构，但在T梁预制过程中常有梁体出现裂缝的问题发生，如不加以处理和防治势必会为日后桥梁的质量及行车安全埋下隐患。本文结合实际案例介绍了预应力T梁施加应力前出现裂缝的成因分析与防治方法。

关键词：预应力；T梁；裂缝

一、前言

某桥梁工程上部采用40m后张预应力混凝土T型梁构造，在T梁预制过程中发现梁体裂缝现象发生。以下是有关施工参数：

结构类型：35孔预应力混凝土T型梁，跨径为40m，先简支后连续；混凝土设计强度：50Mpa；配合比：水泥：砂：碎石：水：减水剂=1：1.21：2.57：0.36：0.01；水泥用量：478kg/m3；水泥类型：P•O52.5水泥；当地河产中粗砂；5~20mm碎石；河水；高效减水剂。

二、裂缝的基本情况

T梁预制期间，拆模后发现梁体有裂缝现象，时间均是在拆模后约一到两天，裂缝位置都集中在梁体跨中大约10m范围内。裂缝为近垂直向，长度400~800mm，宽度0.1mm～0.2mm，裂缝在梁体两侧大致对称分布，设计梁体腹板厚度只有200mm，部分裂缝几乎贯通。

三、裂缝产生的原因分析：

根据裂缝类型，有关专家的指导下，项目部相关技术人员对施工过程中的各个环节进行了分析论证，梁体产生裂缝的原因归结为以下几个方面。

1、环境温度因素：

五月份的南方，日常气温不低于30℃，最高已达到35℃。高气温及强日照致使混凝土构件的干缩更加强烈。现场施工中降温、防晒措施不够到位，混凝土表面水份蒸发加快，混凝土温度太高增加了干缩致使结构最为薄弱的腹板处首先产生裂缝。

2、施工原材料：

对正在使用的原材料进行取样检验及砼配比进行分析，存在如下问题：

（1）配比中使用P•O52.5普硅水泥，试验后各项指标合格。但水泥用量为478kg/m3，用量偏大。高标号及大用量的水泥在水化过程中产生热量大，这更增加了混凝土的温度收缩应力。

（2）碎石为石灰岩碎石，分5mm~10mm和10mm~20mm两档，粉尘含量较大，尤其是5mm~10mm档。粉尘会吸附相当部分水分，加剧了混凝土发生凝缩。

（3）使用洁净河水和当地河产中粗砂；减水剂为高效减水剂，经抽样试验各项指标合格。

可能引起梁体裂缝的原因为：使用高标号水泥及用量较大，使用粉尘含量超标的碎石。

3、混凝土自身应力形成的裂缝：

模筑后的混凝土的含水从外到内有所不同，是因为混凝土表面的干燥远比内部的快。这样混凝土表面的收缩就比内部大，导致混凝土表面承受拉力，而混凝土抗拉强度较小，便容易产生收缩裂缝。考虑到T梁腹板厚度仅20cm，故混凝土自身应力对于裂缝产生的影响较小。

4、施工工艺：

（1）混凝土的拌制：搅拌设备使用500型双轴强制拌合机，第盘搅拌时间约3分钟，拌和搅拌时间合适。但经过调查发现现场操作时将两盘料（每盘0.4m3)作为一次拌和，拌和机严重超载，造成拌和不均匀现象的发生，更加加剧裂缝现象的发生。

（2）混凝土浇注：施工过程中主要采用人工插入式振捣器，辅助以附着式震动器。施工过程中发现附着式震动器开机时间过长，造成过震，混凝土贴侧模处表面出现离析现象，混凝土细骨料集中在构件表面。

（3）混凝土养生：由于当时气温较高，现场养生不到位，而且梁体侧面不易保留水分，梁体水分蒸发较快，增加了产生表面干缩裂缝的可能。

由以上分析可知：环境气温过高、施工原材料不理想及配合比问题、混凝土自身应力问题、现场施工操作不当都是形成混凝土收缩裂缝的原因。多种不利因素同时出现时梁体收缩裂缝便不可避免了。

四、裂缝的处理：

构件发生收缩裂缝现象，势必严重降低其混凝土强度，并加快配筋的锈蚀，进而削弱其耐久性，缩短使用寿命，所以必须进行修复处理。

1、灌注建筑胶（本案采用恒压灌注法）

（1）施工工艺

恒压灌注法工艺，是先封闭构件裂缝表面，而后再多点同时低压加压灌注，灌注时间一般控制在10-20分钟，恒压灌注法的优点是避免了建筑胶从灌注点旁边裂缝表层流出，胶液一直向构件裂缝纵深流动，也确保了裂缝中胶液的饱满程度。

（2）材料特性：

密封材料特性：快速、密封性好、有较高的力学强度。本案采用a-64快固高强胶粘剂，剪切强度≥3.5mpa，抗压强度≥60mpa。

灌注材料特性：稠度小，流动性好，同时具有一定的韧性，强度高。本案使用专用a-71砼裂缝专用灌注胶，粘度200-400mpa.s，剪切强度≥15mpa，抗压强度≥60mpa，粘结力≥4mpa，断裂伸长率5%～10%。

（3）灌注设备：包括注胶嘴、连接器、胶囊、堵头及注射器等整套灌注装备。

（4）裂缝灌胶：首先，对构件表面进行处理，用角磨机等工具把裂缝表面清理干净，配合砂纸打磨平整。

然后根据裂缝情况间隔布设注胶口（每米约3～4个），注胶口用a-64粘接。为了确保注胶时胶液不侧漏，再用a-64胶封闭整条裂缝表面。待注胶嘴已粘接牢固，即可开始连接装备进行注胶，为了使裂缝完全渗透饱满，注胶时间通常以不小于10min为宜。待稳压时间足够后，小心取下注胶嘴，并填平注胶嘴处留下的坑洞。

2、裂缝表面贴碳纤维

首先进行表面处理，将裂缝两侧各大于50mm范围内表面杂物去除，打磨平整、清理干净但需有少许粗糙度。然后均匀涂刷底层灌注胶，并仔细粘贴碳纤维达到密贴及平整。最后用装饰材料在碳纤维表面修面，以达到构件外表的美观要求。

3、为了验证处理效果，委托省公路工程检测中心对处理后T梁进行荷载试验。

静荷载试验顺利完成，受检梁原有裂缝处经相应处理后，试验过程未出现再开裂的现象，整个梁体也没有新的受力裂缝出现。

试验结果满足设计、规范要求。由此表明，此构件裂缝处理方法得当，效果明显，修复后的构件弹性工作状况良好，性能满足设计、规范要求。

五、裂缝的预防：

1、原材料方面：

在不影响强度等的情况下尽量减少水泥用量（可适当掺加粉煤灰、矿粉等），并采用较低水化热的水泥。可采取调整配合比、调整外加剂品种、用量等方法。

对施工用水、砂石料的含泥量、粉尘及杂质含量应严格控制在规范要求以内，并尽可能降低。

2、混凝土配合比设计方面：

在配制混凝土施工配合比过程中，在确保拌合物的粘聚性，满足施工要求的前提下尽量降低水灰比。

3、混凝土施工过程控制：

（1）混凝土的拌制：搅拌时间严格执照相关规范要求执行（一般控制在2~3分钟）；坚决杜绝拌和机超载现象。准确控制现场施工配合比水灰比，可采用施工过程中加密坍落度实验频率的方法。

（2）混凝土浇注：施工过程中主要采用人工插入式振捣器，辅助以附着式震动器。加强司振人员的培训，应特别注意附着式震动器的开机时机及时间，以避免浇注过程中由于过震而导致混凝土产生离析现象。

六、结束语

本案例中，经过修复处理的构件达到了规范、设计及使用要求，经过对裂缝的形成原因进行分析，针对性的制定了可行的预防方案，而且在后续的施工过程中再未发生构件裂缝的现象。实践证明，此类构件收缩裂缝是可以修复及防治的，对日后类似工程施工起到了指导作用。

参考文献：

[1]普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准[S].中国建筑工业出版社，2007.