预应力混凝土空心板早期裂缝的成因及控制

预应力混凝土箱梁腹板裂缝产生的原因及预防

摘要：预应力混凝土箱梁桥因其具有较大的抗弯抗扭刚度、较好的整体性和连续性而被广泛采用，但许多预应力混凝土箱梁桥腹板在施工或使用阶段普遍出现了各种不同性质的裂缝。腹板裂缝不仅会削弱桥梁结构的强度和刚度，还会加速钢筋的锈蚀，对结构的耐久性、承载力都构成很大的威胁。预应力混凝土箱桥腹板裂缝问题已越来越引起人们的关注。

关键词：预应力混凝土；箱梁；桥腹板裂缝

1 裂缝成因分析

1.1预应力混凝土箱梁桥腹板裂缝的内部成因

（1）由于设计不合理而产生的裂缝

有些设计者过于追求桥梁的美观及跨径，忽视对箱梁细部构造的考虑，使得箱梁截面日趋纤薄，横隔板日渐减少，底板腹板偏薄，齿板局部承压面积不足。有些项目的设计过多的进行了结构优化，造成腹板厚度过薄，预应力筋和钢筋布置缺乏合理的保护层和间距数量的要求。施工制造的误差，造成箱梁两侧腹板厚度不均匀，这必使较薄一侧的腹板首先开裂；不可避免的偏载及两侧腹板混凝土内部不均匀缺陷等因素所造成的两侧腹板受力不均匀。箱梁两侧腹板设计时是将两侧腹板假定均厚然后简化成工形来设计和计算抗裂性的，箱梁两侧腹板厚薄不均会导致受力不均，也会产生裂缝。

（2）薄厚构件的链接

把一薄一厚的混凝土部件相连接是一件很危险的事，这是因为和厚部件相比较，薄部件比较容易受到温度以及混凝土收缩的影响，这样薄部件就比较容易发生开裂，那么，对具有薄腹板的箱梁来说，薄底板就会产生十分严重的横向裂缝。另外，较大的厚度差别会引起箱梁中比较大的约束力，这样就会导致腹板中水平裂缝的产生。

（3）水泥的水热化作用

混泥土在进行搅拌、运输、凝结以及硬化时，这一过程水泥和水发生化学反应而释放出大量的热，之后温度又要下降，在这中间总共产生了两次升温与降温的过程。内部温度升高，但是板面温度由于外界气候因素而下降，升温时混凝土的内部体积发生膨胀产生压应力，降温又使混凝土的表面进行收缩产生拉应力，一旦混凝土的拉应力和压应力超过了混凝土的抗拉和抗压极限强度，梁板的表面就会产生裂缝。

预应力混凝土T梁产生裂缝的原因及预防分析

1 混凝土裂缝产生的原因分析

裂缝对混凝土外观质量来说是一种缺陷，有些裂缝影响外观质量，有些裂缝则直接影响构件的安全使用。混凝土出现裂缝是一个很普遍的现象，一般将其分为两类，一类是在外荷载作用下产生的裂缝，即结构性裂缝。另一类裂缝是由变形引起的，也称非结构性裂缝，产生这类裂缝的原因是由于混凝土变形得不到满足，在构件内部产生自应力，当该自应力超过混凝土允许拉应力时，导致混凝土开裂。预应力混凝土T梁产生非结构性裂缝的原因很多，如温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性、原材料不合格、模板变形、基座不均匀沉降、施工操作过程不规范等等。下面重点就温度对混凝土产生的裂缝进行分析。

2 温度对预应力混凝土T梁产生裂缝的原因

工程施工中，由于水泥用量多、水泥所释放出的水化热会产生较大的温度变化，同时又养护不到位，由此形成的温度收缩应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。

2.1 温度应力的形成过程

初期：从浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束一般约30d。这个阶段有两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土弹性模量急剧变化，由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。

中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止。这个时期温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相融合。在此期间混凝土上的弹性模量变化不大。

晚期：混凝土完全冷却以后温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相叠加。

2.2 温度产生裂缝的机理

混凝土浇筑完成后，硬化期间内部温度不断上升，由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度内高外低，形成了温度梯度，在表面T梁边缘产生拉应力，内部产生压应力；后期在降温过程中，由于受到基座约束，又会在混凝土内部出现拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝。

由温度所引起的湿度问题也很重要，许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化时，如养护不到位、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束也往往导致裂缝的产生。因此在高温条件下施工时，要特别注重混凝土的养护，防止由于混凝土外表面失水产生过多的裂缝。

第 1 页 预应力混凝土梁桥裂缝成因及其对策

预应力梁桥〔包括简支梁、连续梁、连续刚构〕目前是我国修建最多桥梁。在这些桥梁修建过程中与运营过程中，有时会发现梁体不同部位出现龟裂、横向、纵向与斜向裂缝。裂缝一但出现，轻那么影响构造耐久性、重那么直接影响构造承载能力，甚至危及构造平安，值得予以重视，并应弄清裂缝产生原因，首先采取措施预防裂缝发生，一旦裂缝发生，那么必须采取适当措施，予以及时观察监测与处理，以保证桥梁平安与耐久性能。]

一、预应力梁桥裂缝种类及其原因

1、预应力简支梁桥裂缝种类及其原因

〔1〕龟裂

预应力简支梁桥在预制时容易产生龟裂，其原因除了由于混凝土配比不适宜，个别混凝土浇筑不均匀外，在养护过程中洒水不及时，覆盖不严，采用蒸养时过快升、降温等均可能产生梁体外表龟裂。

〔2〕纵向裂缝

纵向裂缝多发生在运营期间，其原因除了张拉力过大〔设计不合理或施工超张拉〕外，也与混凝土质量有关，如有一些铁路运营线上预应力混凝土简支梁，在运营10多年或20多年后出现沿纵向力筋裂缝，后通过调查确定为碱骨料反响导致混凝土承载力下降造成。由于这种裂缝处于主要受力钢束部位，极易引起纵向钢束锈蚀，对构造影响非常大。

〔3〕横向裂缝 第 2 页 横向裂缝多发生在运期间，超载、各种原因是预应力损失超过设计预想，都可能导致裂缝发生。此外，由于徐变上拱发生与开展，在梁上翼缘也会产生横向裂缝，特别对活荷载比重较大铁路桥梁更是如此，而且随徐变开展，裂缝也会开展，而当桥上荷载较大时，这种裂缝又会暂时闭合。

〔4〕主拉应力方向斜裂缝

这种裂缝一般发生在运营期间，且多在跨度四分之一附近区域腹板上，可以认为根本上是由于主拉应力方向抗裂平安储藏缺乏而造成。

2、预应力连续梁及连续刚构桥裂缝种类及其原因

〔1〕外表龟裂

与预应力简支梁类似，这种裂缝一般是由于连续梁与连续刚构在施工过程中养护不及时或温度变化较大时产生。由于这类桥在国内大局部是采用悬臂灌注或支架法施工，高空养护条件比地面更差，极易因养护浇水不及时而造成混凝土外表干缩快，内部干缩慢，使外部混凝土受拉超过混凝土抗拉强度，产生开裂。此外，由于新浇筑混凝土暴露在高空大气中，周围环境温度过快变化，如施工过程中保温措施不力、水泥结硬过程产生水化热时发生骤然降温等，均有可能产生外表龟裂。

预制T梁裂缝原因分析与处理、预防措施

苏仕平

一、原因分析

混凝土主要就是由多种脆性材料组成的非匀质材料，其抗压能力比较强，能够在很长时间内保持良好的状态，同时，没有很好的导热能力，抗拉强度低，容易发生变形和开裂。T梁开始灌注混凝土的时候，外界环境和本身的一些因素都会对其产生一定的影响，促使在混凝土发生变形，这样的话，应力就有所产生了。通常情况下，当混凝土的极限已经承载不了应力的时候，或者混凝土的极限变形值中已经不能容纳应力变形的时候，裂缝就会出现在梁体结构中。T梁产生破坏的应力主要有温度应力、台座约束应力、台座变形应力。还包含砂、石料的级配不良、石粉含量控制，配合比方面的水灰比、水泥用量、水泥比表面积、外加剂与水泥的适应性、在浇筑过程的浇筑方式、振捣方法、养生条件和风力、温度差等气候条件的影响。无论是出于什么样的影响造成，针对裂缝发展机理也应该作为重点关注的工作内容，在施工适用的范围内，控制混凝土质量。

二、加强管理责任

预制T梁质量控制是一个系统的工程，一定要保证每个施工环节的精细操作。问题出现的关键，除了工序衔接上存在问题，更多的是责任心不强导致的。目前，工期较紧，工作任务重，要想在规定的时间内保质保量的完成施工任务，务必要将T梁施工中的各个流程衔接

理顺，严格执行技术交底和施工规范的要求，将制梁工作做到真正的流程化、规范化。驻地办各岗位服务人员响应‘质量专题会’精神，各司其职，增强责任意识，严格做好每道工序旁站、巡视、技术指导工作，及时发现问题，及时通知整改，做到过程控制，而不是事后控制。

三、预防措施

1.原材料控制

细集料宜采用级配良好、颗粒洁净、质地坚硬，细度模数M = 2.5～3.0中砂，严格控制含泥量≯2%，石粉含量≯7%，亚甲蓝≯1.4%。粗集料宜采用质地坚硬、级配良好、吸水率小的碎石，并控制含泥量≯1%，针片状含量≯5%，吸水率≯1%，最大粒径不宜超过25 mm。水泥强度等级不宜低于42.5，宜选用比表面积较小硅酸盐或普通硅酸盐水泥。建议可否掺合粉煤灰及磨细矿渣，使其在混凝土中具有形态效应、活性效应、微集料效应，能改善和提高新拌混凝土和硬化混凝土的性能，改善混凝土和易性降低混凝土泌水性。