预制T梁裂缝分析、控制及处理

孙园林，谢欣欣，陆磊，墨红超，陆俊俊

（江苏中南建筑产业集团有限责任公司，江苏 南通 226018）

预制T梁裂缝分析、控制及处理

孙园林，谢欣欣，陆磊，墨红超，陆俊俊

（江苏中南建筑产业集团有限责任公司，江苏 南通 226018）

本文分析了非洲撒哈拉地区预制 T 梁生产过程中产生裂缝的原因，介绍了裂缝控制措施及裂缝处理方法，对今后类似的项目具有指导和借鉴意义。

T 梁；裂缝；控制；处理

0 工程概况

毛里塔尼亚（Mauritanie）努瓦迪布（Nouadhibou）新矿石码头工程由引桥结构和码头结构两部分组成（图 1），其中引桥结构长 800m，上部结构由 62 根预制 T 梁（图 2）和若干根矩形梁构成。预制 T 梁长 30.5m，高 1.65m，翼缘宽1.5m，端部及梁底宽 0.84m，腹板厚 0.33m。

图 1 努瓦迪布新矿石码头工程

图 2 T 梁横断面和立面图

1 混凝土配合比及性能

混凝土采用自有拌合站生产的 C 5 0 混凝土，其中减水剂采用C I M F L U I D 2 0 3，缓凝剂采用CIMAXTARD2121 。混凝土配合比和工作性能分别见表 1、表 2。

表 1 C50 混凝土配合比 kg/m3

表 2 C50 混凝土工作性能

2 施工情况

2011 年 9 月 16 日上午 6:20～9:45 浇筑第一根预制 T梁。浇筑期间气温 21～24℃，混凝土坍落度 120～160mm，浇筑方式为水平分三层浇筑，模板采用组合钢模。2011 年 9月 18 日拆模后，发现在 T 梁中部（距离一端 14.30m 处）的腹板有一条竖向的贯穿裂缝，裂缝上至翼缘板下部，下至马蹄结构上部（图 3）。

图 3 T 梁裂缝

3 原因分析

T 梁裂缝的出现引起项目部的高度重视，由项目经理组织技术负责人、质量负责人、试验室负责人、拌合站负责人、混凝土工长等相关人员召开 T 梁裂缝专题会议，分析 T梁裂缝出现的原因，并制定相应的应对措施。

一般地，将混凝土结构的裂缝分为结构性裂缝和非结构性裂缝。后者主要是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形，当变形受到约束时，在构件内部便产生自应力，当自应力超过混凝土自身抵抗能力即抗拉强度时，便会引起混凝土开裂。本工程裂缝在混凝土施工期间产生，应属后者。

经过项目部专题会议的分析和讨论，认为可能导致 T 梁出现裂缝的原因如下：（1）混凝土配合比和混凝土原材料原因；（2）混凝土施工原因；（3）台座不均匀沉降原因；（4）T 梁腹板处构造钢筋配筋不足；（5）混凝土养护原因。

3.1 混凝土配合比和原材料原因

3.1.1 水灰比

从混凝土微观结构来看，一般裂缝的出现都与混凝土的收缩有关。研究表明，混凝土在凝结硬化过程的初期，会发生干燥收缩和自收缩。干燥收缩的大小一般与水灰比成正比，水灰比越大，干燥收缩量越大。自收缩的大小一般与水灰比成反比，水灰比越小，自收缩的量越大，自收缩现象在高强高性能混凝土中尤为明显。而水灰比的大小又与混凝土强度有直接的关联，一般而言，混凝土的强度随着水灰比的增大而降低。因此，应该充分考虑混凝土强度、干燥收缩、自收缩等因素的情况，合理选定水灰比值。

本工程使用的 C50 混凝土的水灰比为 0.40，符合本工程技术条款中水灰比不大于 0.45 的规定，且强度、和易性均能满足本工程技术条款和工程施工的要求，因此本工程使用的C50 混凝土的水灰比合理。

3.1.2 水泥用量

温度裂缝是混凝土裂缝中的常见类型，它是由混凝土内部的温度应力引起的。在混凝土凝结硬化过程中，由于水泥水化放热导致混凝土内部温度升高，而混凝土结构中心的热量比表面的热量散发更加缓慢，从而导致混凝土产生内外温差，混凝土内外温差较大时，会使混凝土内部产生很大的温度应力，从而使混凝土产生温度裂缝。水化热随着水泥用量的增加而增大。因此，水泥的用量也对混凝土裂缝产生很大的影响。

本工程使用的C50混凝土的水泥用量为 434kg/m3，符合本工程技术条款中水泥用量不少于 400kg 的规定，同时也符合 GB/T50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》中 B.1.1条，C50 混凝土单位体积胶凝材料最大用量 480kg 的规定，且强度、和易性均能满足本工程技术条款和工程施工的要求，因此本工程使用的 C50 混凝土的水泥用量合理。

3.1.3 水泥品种

水泥品种选择不当也会造成混凝土的早期开裂，每种类型的水泥放热量不一样，主要与水泥熟料中的矿物成分的含量和比例有关。应尽量选择水化热低的水泥如粉煤灰水泥、矿渣水泥和火山灰水泥等，或者直接选用中热或低热水泥，以减少水泥在水化过程中释放的热量，降低出现温度裂缝的风险。

本工程使用的 C50 混凝土的水泥为法标 CEMI 型水泥，符合本工程的技术条款要求该预应力 T 梁必须选用法标 CEMI型水泥的规定，且水泥的各项性能指标符合法标 EN197-1 规范规定。 CEMI 52.5N 水泥物理力学性能见表 3。

表 3 CEMI 52.5N 水泥物理力学性能

3.1.4 骨料

在混凝土微观结构中，水泥石收缩远大于骨料的收缩，因此通过合理掺配骨料，达到最优级配，来减少混凝土中的水泥浆量，从而减少混凝土的收缩值。

骨料表面的泥阻碍水泥石与骨料之间胶接的充分发展，降低了混凝土的抗拉强度。

骨料中的活性成分与混凝土中的碱性物质发生化学反应，引起混凝土内部自膨胀应力而产生开裂的现象。本工程出现的裂缝虽然不是由碱骨料反应引起，因为碱骨料反应需要在几年甚至几十年才会出现，但是从长远角度考虑，也应该引起注意。

本工程使用四种粒径骨料，分别是10～20mm 石子、5～10mm 石子、2～5 人工砂、细砂，通过计算分析来确定四种骨料的掺配比例及用量，达到了最优级配，且骨料的相关性能如含泥量、针片状含量、强度、骨料碱活性等指标均满足 JGJ52—2012《普通混凝土用砂石质量及检验方法标准》规定。

3.1.5 外加剂

外加剂的使用不当也可能造成混凝土开裂。一般使用的减水剂中常含有一定量的早强剂成分，这样加快了水泥的水化过程，增大了早期水化热，容易导致温度裂缝的出现。 如有条件应选用缓凝型的减水剂，或者减水剂与缓凝剂同时掺加使用，以延缓水泥水化，推迟水化热峰值，降低温度裂缝的风险。

本工程使用的外加剂为减水剂和缓凝剂，用量符合产品说明书的规定，且经过试验，混凝土的强度、和易性、坍落度损失等指标均符合要求。

3.2 混凝土施工原因

3.2.1 浇筑时间的选择

掌握好浇注混凝土的时间对T梁裂缝的控制也很关键。因项目所在地位于撒哈拉大沙漠中，昼夜温度差较大，一般而言，早晨浇注的混凝土比下午或晚上浇注的更易发生温度裂缝。因为浇筑后水泥开始水化、凝结和硬化，混凝土内部温度会升高， 而中午的环境高温正好与其水化热峰值重叠，中午 12 点至下午 15 点之间，混凝土内部基本会达到温度峰值， 而混凝土在此时已经具有了一定的强度。到下午 17 点之后，环境温度会急剧下降，造成混凝土内外温差过大而产生温度应力，从而导致混凝土开裂。如果将混凝土的浇筑时间安排到下午或者晚上，浇筑之后环境温度降低不仅有利于混凝土自身水化热的快速散发，而且可以避免上午浇筑时，下午混凝土水化热峰值与外界环境最高温度重叠的情况，降低混凝土中心的温度峰值，从而减小即将出现的温度应力。

本工程第一根 T 梁浇筑时候为上午 6:20～9:45，非最佳浇筑时间，因此有待调整。

3.2.2 浇筑顺序和步骤

本工程编制的施工方案规定浇筑方法为：水平分三层浇筑，由一端向另一端推进，待第一层浇筑完成后，返回至起始端，再浇筑第二层，第二层浇筑完成后，再浇筑第三层。第一层浇筑至马蹄部位，第二层浇筑至腹板和翼板的分界线，第三层浇筑至翼缘板顶。

而实际施工时，第一层由 A 端浇筑至 B 端，第二层却是由 B 端浇筑至 A 端，第三层再由 A 端浇筑至 B 端。这样的话，有可能会造成第二层浇筑至 A 端时，A 端的第一层混凝土已经初凝，上下两层混凝土之间的粘结力不一致，第二层和第三层混凝土同样如此。当每层混凝土之间的粘结力不一致，而当混凝土出现收缩变形时，变形受到的约束不一致而产生应力不均匀，导致混凝土出现裂缝。

3.3 台座不均匀沉降原因

T 梁长度 30.5m，台座的不均匀沉降也很容易导致 T 梁出现裂缝。这主要是由于台座的地基未压实，或台座配筋不足或混凝土强度不够引起。

实际上，台座地基为坚硬的砂岩，先在砂岩上浇筑 10cm厚的 C25 素混凝土垫层，在垫层上再浇筑 16cm 厚的 C25 钢筋混凝土台座。并且场地的排水也很畅顺，因而也可排除因台座的不均匀沉降所造成。

3.4 T 梁腹板处构造钢筋配筋不足

腹板处混凝土只有厚 33cm，且此处的纵向构造钢筋直径为 12mm，纵横向间距均为 200mm。从裂缝控制角度来看，此处混凝土厚度最薄，并且配筋较稀，混凝土结构的抗裂能力最低，但结构受到收缩应力时，裂缝最容易出现在该部位。

从裂缝控制的角度，腹板处的构造钢筋最好细而密。因此，通过与设计、业主、监理沟通，我们决定在 T 梁的腹板处，增加构造钢筋的数量。

3.5 混凝土养护原因

混凝土养护不及时极易造成混凝土表面失水过快，而导致混凝土结构发生干缩变形，最终导致出现裂缝。混凝土的失水速率不仅取决于构件表面积、温度、湿度、风速等，还与混凝土保温保湿养护有关。

本工程混凝土养护采用表面覆盖毛毡并浇水养护。由于白天阳光直射，并且白天经常风速很大，应采取措施降低新浇混凝土表面的水份蒸发。

3.6 约束作用

当混凝土构件的收缩变形受到约束时，在构件内部便产生内应力，当内应力超过混凝土自身抵抗能力即抗拉强度时，便会引起混凝土开裂。对于 T 梁而言，约束主要来自梁底与台座的摩擦。在 T 梁收缩变形的过程中，由于 T 梁两端宽度大、重量大，受到台模的摩擦阻力大，相当于 T 梁两端固定，中间拉伸，导致在梁跨中最薄弱处的腹板处产生裂缝。

因此，应采取措施，避免因约束原因而产生裂缝。

4 T 梁裂缝的预防措施

通过上述分析，项目部采取以下措施来防止裂缝的产生：

（1）混凝土浇筑时间改成晚上 18:00 至 21:30，避免白天环境温度的影响。图 4 即为工人夜间 T 梁混凝土浇筑施工场景。

图 4 夜间 T 梁混凝土浇筑施工

（2）浇筑方法严格按照本工程编制的施工方案执行，即水平分三层浇筑，由一端向另一端推进，待第一层浇筑完成后，返回至起始端，再浇筑第二层，第二层浇筑完成后，再浇筑第三层。第一层浇筑至马蹄部位，第二层浇筑至腹板和翼板的分界线，第三层浇筑至翼缘板顶。

（3）在 T 梁的腹板处，每边增加六根直径 12mm 的构造钢筋，每根长度 12m，以增强腹板处混凝土结构的抗裂能力。

（4）在每根 T 梁上方和四周设置一个遮阳蓬, 避免阳光对混凝土表面的直射，如图 5 所示。这样不仅降低了混凝土表面的温度，同时也避免了因温度升高或大风的影响造成混凝土表面的水份的过快蒸发。白天对每根 T 梁三个小时洒水养护一次，同时保持地面的湿润，以保证有足够的养护湿度。

图 5 T 梁上方和四周设置遮阳蓬

（5）保持台座上的钢底模平整光滑，并定期打磨，侧模合模前必须对刚底模均匀涂刷脱模剂，并尽快浇筑混凝土。如推迟浇筑混凝土，应采取必要的覆盖保护措施，避免灰尘杂物等进入模板内，污染脱模剂。如合模后长时间不浇筑混凝土，到浇筑混凝土前必须重新拆开侧模，对钢底模和侧模重新涂刷隔离剂。

5 结果

项目部充分吸取第一根 T 梁的经验教训，采取上述措施，并精心组织施工，取得了很好的效果。2011 年 9 月 19 日浇筑第二根 T 梁，至 2011 年 12 月 31 日浇筑最后一根 T 梁，均未再出现裂缝。

6 裂缝处理

通过与业主、监理工程师沟通讨论，三方达成一致意见，即在第一根T梁张拉后，对裂缝采取环氧树脂封堵法处理。

在张拉前后，我们还对裂缝宽度变化进行了测量（见图 6），结果显示，T 梁张拉前后，两侧的裂缝分别缩小了0.170mm 和 0.115mm。

图 6 T 梁裂缝宽度变化监测

T 梁张拉完成后，先对两端进行封锚处理，之后再进行裂缝处理。裂缝处理时，先用切割机将裂缝扩大成一条宽15mm、深 30mm 的 U 型槽（见图 7），用清水将其清洗干净，待其干燥后采用环氧树脂（SIKA42S 材料）灌注（见图8），待环氧树脂最终凝固硬化后，对表面做适当的打磨处理，以保证表面光滑平整。

图 7 T 梁裂缝表面开凿 U 型槽

图 8 T 梁裂缝环氧树脂灌注

7 结论

预制 T 梁的裂缝问题，一直是困扰混凝土施工的一个技术难题。本文结合施工实例就预制 T 梁裂缝产生的原因做了详细的分析，提出合理可行的预防措施控，并就裂缝的修补处理作了说明，对今后类似的项目具有指导和借鉴意义。

［通讯地址］江苏省南通市崇川区中南世纪城 29 栋 7 层（226018）

Analysis, control and treatment of cracks of prefabricated T beam

Sun Yuanlin, Xie Xinxin, Lu Lei, Mo Hongchao, Lu Junjun
( Jiangsu Zhongnan Construction Industry Group Co., Ltd, Nantong 226018 China)

This paper analyzes the causes of cracks in production process of prefabricated T beam in sub-Saharan Africa and introduces measures of preventing cracks and treatment methods, it is a guide and reference for the future similar projects.

T beam; crack; control; treatment

孙园林（1976—），男，江苏中南建筑产业集团有限责任公司海外公司总经理，高级工程师。