预应力混凝土梁体裂纹探析及整治

李士中 上海铁路局阜阳工务段

阜阳工务段京九线管内桥梁192座，总计981孔，其中混凝土梁979孔，占总孔数的99.8%。随着列车运量的日益增加，车速不断提高，图定列车密度加大，自1996年京九线贯通运营以来，先张法预应力混凝土梁出现的裂纹呈现逐年增多的趋势，现将我段历年秋检资料和调查资料统计列表如下（见表 1）：

表1 历年秋检资料和调查资料统计表

根据《铁路桥隧建筑物修理规则》第3.5.4条相关规定，预应力混凝土梁下缘竖向及腹板主拉应力方向不允许有裂纹，梁体纵向及斜向最大梁缝限值不能超过0.2 mm。据统计，目前产生裂纹的混凝土梁已占一半以上，且多集中在跨度为16 m和20 m两种预应力混凝土梁内，具体表现为下翼缘受拉区的短细裂纹，梁腹板斜裂纹，梁身局部的网状裂纹及水平超长微裂纹，(详见图 1、图 2)。

图1 京九线697#桥腹板斜裂纹

梁的裂纹使混凝土的防水性和耐久性大为降低。如果水渗入裂纹就会使梁内主筋锈蚀，就会改变主筋和混凝土的受力状态，降低梁的使用寿命，危害严重。

图2 京九线684#梁身水平长裂纹

1 原因分析

1.1 设计施工方面

设计上忽视梁的耐久性，在列车荷载长期反复作用下，梁体下翼缘出现水平裂纹，腹板出现斜向裂纹。

施工中，过分强调加快圬工梁的生产进度，水泥用量大，养生湿度小，温度高，初张拉早，导致混凝土收缩徐变大，温度应力高，使梁体混凝土产生早期不可见的微裂纹；又配合比不当、砂石料级配不良，粗细骨料泥污及其他含量过高均会影响其质量。另外钢筋不直，焊接绑扎质量不良，钢筋接头布置不合理，混凝土养护不良，钢筋保护层不够等均会产生裂纹。

1.2 维修养护方面

从养护来讲，若支座养护不良，活动支座起不到活动支座的功能，在荷载和温度应力作用下梁不能自由伸缩而改变了梁的受力状况，从而产生梁体裂纹。支座的吊空或墩台面的下沉，造成梁体产生斜弯曲或扭转产生裂纹；混凝土梁如果缺少检查维修设备，梁体产生裂纹没及时整治处理，梁体泄水孔没有及时修补和接长，导致病害进一步发展。

1.3 其他方面

（1）是混凝土徐变及收缩变形特性所致；（2）是环境影响，梁的外侧受温度，湿度变化的影响，裂纹明显多于梁内侧；（3）是重型机车及重型轨道的投入使用，道碴厚度增加，导致梁承受荷载增大出现裂纹；（4）是列车的高速重载和不断加大的运量，使梁频繁承受冲击、拉压等荷载的大幅度及不均匀反复变化影响；（5）使用了高碱水泥和含有活性硅的砂石骨料，导致混凝土发生碱-集料反应。

2 整治措施

混凝土梁裂纹的整治是一项实用性很强的技术，它涉及修补的方法、机具和材料、既要方法简便易行，修补费用较低，又要满足铁路工程的具体条件和质量可靠等要求。当梁发现裂纹后，应在裂纹的起点和终点用红漆作出记号并用刻度放大镜量取裂纹宽度，做好记录观测三个月待裂纹稳定后再进行处理。一般根据裂纹宽度和部位，主要有表面封闭、开槽填补和压注浆液三种方法。

2.1 环氧树脂修补

2.1.1 微小裂纹可在其表面涂刷两遍环氧树脂浆液进行封闭当裂纹宽0.15 mm～0.3 mm时，沿裂纹凿一条外口宽20 mm，深约15 mm的梯形槽。涂约0.2 mm厚的树脂涂料，再用树脂浆料修补平整。

2.1.2 在凿槽、清扫、清洗后，对裂纹进行修补

（1）对裂纹进行封闭时，用灰刀或油刷将树脂涂料均匀涂刷于封闭的裂纹处，每层都压光，表面平整，特别是已涂刷的边缘与被修物体连接光滑一致，头层未干不得刷下层涂料。

（2）修补者，先在槽内和槽两边各50 mm内用灰刀或油刷涂刷一层0.2 mm树脂涂料并压光，待涂料层固化后，用灰刀将树脂砂浆边压在槽内，分两次抹（头遍稍微固化后再抹两遍）；填满为止。

2.1.3 拌合树脂涂料或砂浆

（1）称好所需要材料，按比例先将细填料拌合均匀，拌合前的硬块应先压碎，如拌合树脂砂浆时，将砂加入拌好的细填充料中，再拌合均匀为止。

（2）将环氧树脂与稀释剂搅拌均匀，当环境温度低于20℃时，可用温水浴法（将拌合物装入器皿中置于水中加温，水温不要超过40℃）使树脂溶化。

（3）将硬化剂加入已稀释的树脂液中，迅速搅拌均匀。

2.1.4 注意事项

（1）加入硬化剂的树脂料，一般不宜加热，如气温过低影响操作或拌合时，可用温水浴法稍微加热，但禁止局部加热过高，以防拌合物早期凝固。

（2）应采取保温，防雨覆盖措施，避免烈日照晒，减少内外温差，降低内应力，防止表层孔细微裂纹和结合处有"暴皮"现象。

（3）一次拌合量使用时间不得超过30 min；一次拌合量使用乙二胺和T31固化剂时不超过0.5 kg，使用间苯二胺硬化剂时不超过1 kg。

2.2 M1500水泥密封剂修补微裂纹

M1500是由溶于水的水玻璃和美国进口的催化剂组成的刚性复合水基溶液，具有无色、无味、无毒、无可燃性微混浊的液体，修补圬工桥微裂纹比环氧树脂类具有比较明显的经济性价比。

2.2.1 对圬工梁表面喷水

修补前对圬工梁表面喷水，等30 min后梁体潮而不干的状态下使用手动喷浆机喷涂，喷涂三遍过24 h后，可见圬工表面析出白色物质，即氢氧化钠（NaOH）,用清水冲洗干净，这样就能使M1500彻底渗透。

2.2.2 M1500水泥密封剂有以下优点

（1）涂刷后，可以由上向下渗透或由下向上渗透，也可由里向外或由外向里渗透，达到密封防水目的。喷涂后，混凝土表面光滑，清洁无污染、无灰尘。

（2）对于较厚的混凝土建筑物，可以多次涂刷，以使渗透彻底。

（3）可用于一切新、旧水泥构筑物，施工简便，价格便宜，可无限期贮存。

（4）M1500水泥密封剂能承受地下水约30 m的水压。

2.3 利用ZV混凝土修补胶修补

首先将混凝土裂纹处清洗干净，涂刷一层ZV胶：水泥=1：0.8的聚合物水泥浆，再将聚合物水泥砂浆用抹刀填补缝隙足量，压抹即可。

聚合物水泥砂浆配比采用

水泥：中砂：ZV 胶：水=1：2.5：0.35：适量

2.4 用压力注浆法进行修补

采用"T"系列弹力补缝器，注释胶，应用压力注浆法进行修补，先将裂纹表面清理干净，再涂刷封缝胶和安装封咀，用注浆器将补缝胶在压力下注入裂纹。

3 结语

从整治的情况来看，修补过的裂纹没有产生开裂或继续发展的情况，有效地防止了钢筋锈蚀，延长了桥梁的使用寿命。

（1）将加大观测检查力度，建立专门详细的检查台帐，把控制混凝土梁裂纹当作养修重点工作来抓。

（2）加强混凝土梁的维修养护，控制裂纹发展，防止维修不及时造成小病害变成大病害。

（3）在修补混凝土梁裂纹时，加强探索和引进，采用新材料、新技术。进一步提高修补质量和效率。