高标号混凝土预应力T梁产生竖向裂缝的机理及预防措施

(广安交通投资建设开发集团有限责任公司， 四川 广安 638000)

1 T梁产生竖向裂缝的机理分析

1.1 调查

为了研究裂缝产生的原因，研究人员首先对之前出现的相似裂缝资料进行了查阅，通过对以往混凝土 T梁出现中竖向裂缝的案例进行调查，发现普遍产生裂缝情况的严重部位都是位于T梁腹部区域。后来研究人员对出现混凝土T梁出现竖向裂缝的预制梁场进行实地考察，调查结果如下：出现裂缝问题的主要是位于翼缘板与腹板相交位置，发展水平不同但是大多数都为竖向延伸裂缝，还有一部分裂缝发展程度较为严重，一直延伸到腹板两侧同时产生裂缝，除了腹板部位还有其他区域也出现了类似的混凝土竖向裂缝的情况，研究人员又分别对这些区域的裂缝情况进行了详细的调查和记录，将各个区域裂缝的发展长度、宽度、深度分类和统计。

1.2 分析

研究人员对所有裂缝进行调查后，对所出现的竖向裂缝进行了分类，主要出现裂缝的类别属于温度裂缝。

（1）出现的这些竖向裂缝，多是由于混凝土外部温差造成的裂缝，这样的裂缝产生的时间较短，深度较浅，由该原因造成的竖向裂缝，主要呈现和短边平行的状态，并且有一个统一的特征就是配筋率普遍较小。造成裂缝实际出现的原因是由于混凝土受到内外温差的作用，在温差的影响下内部膨胀，外部压缩，两股方向不同的应力共同作用，最终导致混凝土出现明显裂缝。混凝土作为桥梁工程的主要材料，在桥梁工程中使用量非常巨大，由于混凝土在凝结过程中会造成比较剧烈的水化热现象，使用特种水泥用于高标号混凝土尤为明显，所以现场施工人员需要及时对水化热进行干预，在水化热过程中混凝土会表现早期收缩过程强烈的状态，同时调查人员还注意到混凝土结构施工时间主要是集中在夏季高温季节，在夏季过于明显的日夜温差会加剧混凝土内外温差情况，造成裂缝情况发生更加频繁，且影响程度更深，在进行混凝土工程养护过程中，施工人员必须根据当地实际的温度情况，在白天时选择合适的降温手段，同时在夜间注意对混凝土构件进行保护，以确保在昼夜交替间混凝土结构不会接触到太过剧烈的温差效应，尽可能降低混凝土内外温差值。施工人员在进行混凝土浇筑及养护时，必须保证混凝土内外温差不得出现大于15℃的情况。根据以往的经验，当内外温差达到15℃以上时，很容易在混凝土表面造成温度裂缝情况，在实际施工过程中，由于施工人员没有及时根据外部温度环境采取诸如洒水等降温措施导致混凝土外表面处于高温状态，出于赶工期的考虑，施工人员在混凝土凝固未达到24小时便提前进行了拆模工作，使得隔热和夜间保温的相关工作无从进行，由于拆模时间较早即使在混凝土表面涂抹相应的养护液，也不能够达到有效的高温隔热效果，在夜间不能达到低温保温效果，使得整个混凝土养护过程受到人为影响无法正常进行。在桥梁腹板部位的混凝土，只能依靠生产过程中向其内部添加的拌合用水来补充，水量较少，无法长时间保证混凝土结构的湿润和降温目的。研究人员根据在现场收集到的这些影响因素，最终判断造成混凝土集中出现竖向裂缝的原因是由于混凝土结构内外产生了过大的温差所致。由于温差的存在，造成内部膨胀和外部压缩，应力持续作用于混凝土结构，最终破坏其稳定性，造成表面裂缝而由于桥梁腹板部分配筋率较小且钢筋的水平间距较大，无法起到有效的稳定作用，最终造成表面裂缝频繁出现。

（2）除了温差造成的裂缝情况以外，研究人员还发现了由于梁体温降收缩受到底模影响产生变形约束裂缝。虽然出现的次数与温差影响产生的情况相比较少，但是依然是一种不可忽视的裂缝出现原因。在例行裂缝的分布为中间集中，两边分散，裂缝发展的方向和短边方向平行或接近平行，一般产生的裂缝都是按照长边分段出现竖向裂缝基本分布于中间20米左右的范围，且在腹板处出现的频率较大，存在个别发展情况较为严重的裂缝，一直发展到腹板底部，并且以每一片大约三至六道裂缝为常出现的裂缝数量，长度10cm至100cm不等。梁体温缩受到底模约束，在梁底和梁模之间出现摩擦或者粘结，产生的剪力使梁体收缩过程受到阻碍，从间接的角度影响到了梁体，使其产生了拉伸效应，而且拉伸分布并不均匀，对于底部区域的拉伸情况较为严重，而向上发展时这样的拉伸趋势就会逐渐放缓。

出现在梁体截面上的水平拉应力也主要集中在底部，向上发展时这样的拉升趋势会逐渐呈现放缓趋势。在正常状态下，该拉应力由梁体混凝土和钢筋的水平拉力进行平衡，保证整个结构的稳定性。如果拉应力的强度大于梁体混凝土的抗拉强度时就会出现竖向裂缝情况。在墙体的配筋安排上，主要是将配筋放置在底板，其次是顶板，桥梁腹板的钢筋分配量较少，也造成腹板部分水平拉力最小，在不同区域内腹板由于水平拉力分布最小，最容易受到拉应力影响，使其内部结构遭到破坏，产生竖向裂缝情况。这也解释了为什么研究人员在勘察现场时，发现多数竖向裂缝的出现都位于底板区域。研究人员在现场还发现了一部分梁片底模对于梁截面产生的拉应力非常巨大，如此巨大的拉应力，甚至导致裂缝一直延伸到了顶板位置，最严重的情况甚至在马蹄部分也出现了裂缝，直接影响到桥梁的使用和寿命。

从力学角度出发梁底剪力的大小和底模的类型有关。如果底模能够保持较好的平整度和光洁度，此时梁底剪力反映的数值较少。研究人员在现场进行调查时发现最终发展成裂缝形态的均为白铁皮底膜。翻阅相关资料，发现该工程所采用的白铁皮底膜是由单块一米左右的白铁皮拼接而成，每一片梁上分布有36道拼接缝，由于施工人员进行拼接时对于拼接工作的重要性和技术要点没有深入的理解，造成在拼接过程中存在一部分的拼接质量不达标准，由此产生较大的阻力。

2 预防措施

2.1 根据实际情况，及时改变底模类型，将梁体台座顶面设置为钢板底模，且要求其厚度应该保持在六毫米左右。并且对其进行系统的除锈打磨工作，在其外部喷涂脱模剂，以减少表面阻力的产生，使梁体能够自由伸缩。

2.2 施工人员应该密切关注混凝土结构的温差情况，尽一切可能减少温降幅度，保证混凝土结构的内外温差能够维持在15℃以内。

2.3 重新设计腹板的配筋率，根据上述内容我们可知，由于在之前的方案中腹板区域的配筋率较小，无法产生足够的水平拉力，所以无法对抗足够的拉应力。施工人员应该加密水平布筋间距，改善其受力性能，必要时应根据混凝土强度达到张拉允许强度时及时张拉，约束混凝土水平拉应力。

结束语：为了保证高标号混凝土不出现频繁的裂缝情况，参建单位应该在原材料选购、配合比控制、施工工艺管理、混凝土养护等多个方面采取严格的控制。同时施工管理人员还需要注意的是所有参建人员对于混凝土凝结过程的认识程度在其能否正确处理降低混凝土水化热有着非常重要的作用，所以在之后的工作过程中必须要指定专门的施工人员负责混凝土的养护工作，并且对其进行系统详细的培训，保证现场施工人员能够正确认识其工作内容的原因和后果，在日常工作过程中能够根据观察混凝土状态来判断是否应该进行相应的降温保湿工作。

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