预应力箱梁裂纹成因分析及预防措施

黄合

摘 要：文章主要针对客运专线预应力箱梁生产过程中混凝土裂纹产生的原因进行总结分析，并结合混凝土原材料控制、施工过程控制、现场管理及工序衔接等方面提出了一系列预防措施。

关键词：预应力箱梁；混凝土裂纹；成因分析；预防措施

前言

近些年来，预应力混凝土箱梁施工过程中各类混凝土裂纹问题已成为质量通病，这不仅对箱梁外形外观产生了影响，同时更重要的是对箱梁的使用功能和耐久性产生影响，严重时对箱梁的安全性构成威胁，甚至于完全丧失其使用功能，因此，探讨预应力箱梁混凝土裂纹的产生原因和预防措施是非常有必要的。

1 预应力混凝土箱梁裂纹成因分析

1.1 塑性收缩裂纹及干缩裂纹

浇筑混凝土在初凝过程中，由于水化反应激烈，出现泌水和水分急剧蒸发现象，引起失水收缩，同时骨料因自重下沉，此时骨料与胶合料之间也产生不均匀的沉缩变形，都在混凝土终凝前发生，称为塑性收缩。产生塑性收缩的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等。

通常情况下，箱梁混凝土干缩引起的裂纹多出现在箱梁顶板，箱梁混凝土坍落度设计通常在160mm～200mm或180mm～220mm之间，为了便于施工，在箱梁顶板施工过程中，顶板混凝土坍落度多数取上限，此情况下，随着水泥水化反应的不断进行，水分的不断的消耗及温度带来的混凝土表面水分放大蒸发，就会导致顶板混凝土干缩裂纹的产生。

1.2 温度变化引起的裂纹

温度变化引起的裂纹即温差裂纹，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土体积的胀缩受约束力作用时，在混凝土内部产生温度应力，当温度应力超过混凝土抗拉强度，就会产生裂纹。箱梁浇筑完成后，在硬化期间放出大量水化热，箱梁整体温度在一定时间内上升，但因箱体内外散热快慢不同，内部较表层散热快，造成内外温差，箱梁表面收缩，受内部约束产生拉应力。在混凝土升温初期和降温后期，混凝土的温度梯度值较小且过渡平缓，在升温后期和降温初期温度梯度值较大，在此阶段容易出现温度裂纹。

1.3 混凝土强度因素引起的裂纹

预应力箱梁拆模过早及混凝土原材料质量不过关导致混凝土强度过低以及达到预初张强度不及时张拉都会有裂纹的情况的发生，预应力箱梁拆模过早会导致混凝土后期强度增长缓慢，使箱梁在规定时间内达不到预期的预初张强度，此种情况下进行强行张拉，在自重和施工荷载作用下，箱梁没有足够的抵抗变形能力，因此会导致裂纹的产生。

同样，当箱梁达到预初张设计强度后不及时张拉，没有足够的外界应力与荷载去平衡箱梁自身产生的应力，影响箱梁上拱度，就会导致裂纹的产生，通常这种裂纹会出现在受力比较集中的部位，如顶板端头倒角处及通风孔附近等。

1.4 其他因素引起的裂纹

1.4.1 钢筋锈蚀引起的裂纹

由于混凝土质量较差或保护层不足，钢筋中铁离子与侵入混凝土中的氧气和水发生反应，其锈蚀物对周围混凝土产生膨胀应力，导致混凝土裂纹，甚至开裂。

1.4.2 混凝土分层引起的裂纹

混凝土分层或分层浇筑时，接头部位处理不好，容易在新、旧混凝土的施工缝之间出现裂纹。

1.4.3 水化热过大引起的温度裂纹

为追求施工进度，提高混凝土早期强度，在混凝土配合比中采用早强剂或者盲目增加水泥用量，致使水泥水化热集中在早期很短时间内，此情况下极易产生裂纹。

2 预应力混凝土箱梁裂纹预防措施

2.1 塑性收缩裂纹及干缩裂纹的预防措施

解决箱梁混凝土塑性收缩裂纹及干缩裂纹问题的应从以下几个方面出发：（1）严格控制混凝土施工水胶比，试验人员应加强现场混凝土拌合物性能的监控，保证混凝土施工坍落度满足要求。（2）加强施工管理，严格控制混凝土质量，避免混凝土质量不满足要求时，工人人为的加水现象的发生，如遇混凝土不满足生产要求需要退回拌合站调整的情况，拌合站操作人员及试验人员应加强责任心，可以用同水胶比的砂浆或减水剂配合水进行调整，避免往混凝土中直接加水。（3）混凝土施工完毕应做好防风吹日晒措施，夏季施工应配备遮阳棚，避免浇筑过程中温度过高引起的水分蒸发，遇大风及雨天应做好梁体包裹与遮挡，避免通风与雨淋。（4）做好混凝土的养生，混凝土终凝后顶板应及时用土工布进行覆盖，表面及时晒水养护，箱梁内腹板、底板应用循环水或水枪喷水进行养护、严格按规范要求做好混凝土的养生，保证拆模后混凝土养护时间不少14d。

2.2 温度变化引起的裂纹的预防措施

（1）箱梁浇筑完成后，需要按规范要求进行蒸汽养护，蒸汽养护是预应力箱梁生产中的一个关键环节，尤其在冬季施工，混凝土开盘之前3～6h应通汽对模板进行预热，出去模板上的浮冰，同时对拌合站的蓄水池进行通气加热，提高水温，保证混凝土的入模温度高于10℃以上。（2）箱梁浇筑完毕后，及时对箱梁端头进行篷布覆盖，箱梁两侧目前多采用密封性较好的保温板，使用自动温控设备严格按静停、升温、恒温、降温对棚内温度进行实时监控与控制，且按照规范的要求控制升温和降温的速度，保证了梁体芯部温度与表层温度、表层温度与环境温度、温差均不超过15℃。

2.3 混凝土强度因素引起的裂纹的预防措施

（1）严格控制混凝土原材料的品质和质量，如水泥的强度、减水剂的减水率、砂石料的泥块含量、含泥量及粉煤灰、矿渣粉等掺和料的需水量及活性指数等，确保混凝土的强度发展。（2）严格控制施工配合比，在混凝土拌合过程中保证各种材料的计量，避免因计量不准确引起的混凝土强度不足。（3）拆模及预初张时混凝土强度应达到设计规定强度，禁止野蛮作业，强行施工，遇强度不足的情况，应适当延长养护周期。（4）做好现场各工序间的衔接，当混凝土强度达到设计规定强度时，应进行预初张拉作业，避免早期裂纹的产生。

2.4 其他成因的预防措施

（1）加强钢筋进场外观检验，避免锈蚀严重钢筋进场，同时进场钢筋做好下垫上盖工作。（2）加强箱梁保护层控制，加强混凝土垫块强度验收，保证垫块质量，钢筋绑扎过程过程按规范要求合理布置混凝土垫块，避免垫块少绑和漏绑现象发生，同时定期对箱梁底侧模尺寸进行检查，避免模板严重变形现象的发生。（3）提高混凝土浇筑工艺水平，严把施工质量，同时对振捣工进行技术交底，控制混凝土厚度在30～40cm，水平分层斜向连接，振捣棒垂直插入，插点分布均匀，在振捣上一层时，应将振捣棒插入下层混凝土5～10cm。（4）及时调整混凝土坍落度的波动，加强拌合站的维修保养，避免拌合站带病作业导致混凝土浇筑的长时间等待。（5）遵循混凝土强度发展的客观规律，避免超常规施工导致的混凝土的质量问题。

3 结束语

预应力箱梁裂缝成因除上述因素以外，还有诸多的其他原因，如箱梁截面尺寸设计、钢筋布置不合理、台座不均匀下沉、预应力张拉超张等都会导致梁体裂纹的产生，因此为了减少预应力箱梁裂纹现象的发生，必须加强施工前的准备与完善、施工过程质量控制和把关及施工结束后处理与追踪，只有做到这些才能切实达到防治预应力箱梁裂纹的目的。

参考文献

[1]张红，刘剑.预应力混凝土连续箱梁裂缝施工阶段的防治[J].吉林交通科技，2006，1.

[2]马少雄，刘超群，符敏.混凝土常见质量问题及其预防措施[J].广东建材，2010（11）.