高速公路預(yù)制丁梁早期開裂機理及施工技術(shù)

唐雙美

摘要：在高速公路工程的施工過程當(dāng)中，預(yù)制T梁裂縫是一種非常常見的問題，為了使得整體施工質(zhì)量得到充分的保證，相關(guān)技術(shù)人員認真分析預(yù)制T梁的早期開裂機理，并根據(jù)實際情況提出應(yīng)對措施。本文主要以某一工程為例，對預(yù)制T梁的早期開裂機理進行了詳細的分析，并對其預(yù)防措施進行了探討，希望為我國高速公路預(yù)制T梁的早期開裂預(yù)防提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：高速公路；預(yù)制T梁；早期開裂原理；施工技術(shù)

在高速公路的建設(shè)過程當(dāng)中，預(yù)制T梁的早期開裂問題非常普遍，但又難于解決，在施工當(dāng)中，施工人員以及技術(shù)人員往往關(guān)注較多的是原材料的質(zhì)量問題以及混凝土的配比、養(yǎng)護問題等原因，而忽視了溫度對T梁所產(chǎn)生的不利影響，對溫度應(yīng)力是T梁早期開裂的主要原因更是知之甚少。

一、工程概況

某高速公路TJ-3標(biāo)段全長lOkm，主要工作量為：路基（6590m）土石方共508.9萬m3，其中挖方289萬m3，填方269.4萬m3；橋梁1840m/8座，其中大橋1750m/5座，中橋90m/3座；涵洞14座。標(biāo)段內(nèi)40mT梁618片，20m箱梁35片。在T梁的施工過程當(dāng)中，有23片都發(fā)生了很多條貫穿性的豎向裂縫，并且主要分布在梁中腹板的位置上，裂縫的寬度在0.1mm到0.6mm之間，如圖1所示。

在高速公路施工當(dāng)中，引起預(yù)制T梁產(chǎn)生裂縫的因素有很多，在經(jīng)過對裂縫以及工程情況的分析之后，基本上已經(jīng)排除了結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及地基沉降、澆筑振搗、側(cè)模支撐等因素，認為預(yù)制T梁出現(xiàn)早期開裂的最主要的原因是夏季施工天氣炎熱，所使用的原材料質(zhì)量不高，并且后期養(yǎng)護做的不到位。因此，工程項目部盡量將預(yù)制T梁施工工序放到了晚上，并且適當(dāng)?shù)慕档土怂嗟膿饺肓?，并將水泥入機時的溫度控制在了500C以下，其次，在砂石倉的上部設(shè)置了一個防曬棚，定期對其進行噴淋降溫處理，使混凝土在入模時的溫度保持在35℃以下，另外，還安排了養(yǎng)護人員對其進行二十四小時的連續(xù)養(yǎng)護。為了使得該項目順利進行，還需要對T梁的早期開裂機理進行更為細致的分析。

二、高速公路預(yù)制T梁早期開裂的機理分析

（一）裂縫成因的初步分析

在高速公路建設(shè)過程當(dāng)中，預(yù)制T梁發(fā)生早期開裂主要是因為混凝土發(fā)生的穩(wěn)定應(yīng)力以及收縮力的作用。混凝土在發(fā)生收縮時通常有化學(xué)收縮以及塑性收縮、碳化收縮等等，其中，化學(xué)收縮指的是水泥會在梁體發(fā)生硬化的過程當(dāng)中與水發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，繼而產(chǎn)生一定的收縮，雖然化學(xué)收縮無法控制，但收縮量較小，因此，不會引起T梁的早期開裂現(xiàn)象。塑性收縮是在梁體硬化之前發(fā)生的體積收縮，通常出現(xiàn)在混凝土的表面，不會形成貫穿性的裂縫，因此，該工程T梁早期開裂的原因不是塑性收縮。碳化收縮指的是當(dāng)外界濕度在百分之五十五左右時，水泥的水化產(chǎn)物會與空氣當(dāng)中的二氧化碳發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，進而引起混凝土的收縮，該收縮通常發(fā)生在混凝土硬化的中后期。在實際的高速公路工程當(dāng)中，貫穿性裂縫通常發(fā)生在混凝土硬化后的六小時到二十四小時之間，所以，引起T梁早期開裂的一個主要原因就是混凝土的收縮。

在內(nèi)外界溫度發(fā)生變化時，T梁會收縮或者是膨脹而受到外界的約束作用，進而產(chǎn)生的應(yīng)力就是溫度應(yīng)力。在預(yù)制T梁收縮時，溫度應(yīng)力表現(xiàn)為拉應(yīng)力，可以在Z軸方向上進行隨意的收縮，并不會引起T梁裂縫的出現(xiàn)，但在X軸方向上會出現(xiàn)大幅度的收縮，一旦拉應(yīng)力比梁體強度還要大的時候，就會引起豎向裂縫的出現(xiàn)。當(dāng)預(yù)制T梁膨脹時，溫度應(yīng)力表現(xiàn)為壓應(yīng)力，但與混凝土抗壓強度相比可以忽略，而且也不會引起T梁裂縫的出現(xiàn)。

由于跨中腹板位置處的混凝土較薄，而且鋼筋的水平間距也較大，所以，非常容易出現(xiàn)豎向的裂縫，因此可以推斷出，預(yù)制T梁發(fā)生早期開裂的又一個原因是穩(wěn)定應(yīng)力的作用。

（二）預(yù)制丁梁實際溫度測試

在對該工程預(yù)制T梁進行溫度測試之后得知，在梁表面具有11℃的溫度差，端頭中心處的最高溫度達到了90℃，跨中腹板中心處的最高溫度達到了60℃，在澆筑完畢混凝土的八小時到二十小時之后，二者的溫度差在5℃以上。通過查閱相關(guān)資料后得知，在預(yù)制T梁收縮降溫時，若是溫度差在26攝氏度以上，混凝土就會形成比混凝土抗拉強度還要大的拉應(yīng)力，從而使得T梁出現(xiàn)早期開裂現(xiàn)象。在該工程澆筑混凝土后的八小時到二十小時之后，T梁中部腹板的地方出現(xiàn)了三條豎向的裂縫，因此可以得出以下結(jié)論：預(yù)制T梁出現(xiàn)早期開裂現(xiàn)象的最主要原因是橫軸方向上產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，當(dāng)橫軸上的溫度差在25℃以上時，T梁就會出現(xiàn)開裂的趨勢。

三、高速公路預(yù)制T梁早期開裂的預(yù)防措施

（一）加入緩凝劑

在實測該工程中預(yù)制T梁的溫度之后得知，混凝土的初凝時間為兩個半小時，比澆筑當(dāng)中的要求要低得多，這時T梁的下部己經(jīng)開始變硬，而對上部進行混凝土的振搗等作業(yè)時就會給下部結(jié)構(gòu)造成一定的損壞，進而影響到整個梁體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。在混凝土當(dāng)中加入適量的緩凝劑之后，混凝土的初凝時間就會適當(dāng)?shù)难娱L一些。在該工程所用混凝土當(dāng)中加入緩凝劑之后發(fā)現(xiàn)，在澆筑完畢三個小時之后，T梁才開始有溫度的變化，而且中心位置上的最高溫度有所下降。這是因為在混凝土當(dāng)中加入緩凝劑之后，緩凝劑當(dāng)中的氨基分子以及羧基、羥基分子極易與水分子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，使得水泥表面形成一層溶劑化的水膜，延緩了水泥的水化現(xiàn)象。在水泥發(fā)生了水化之后，緩凝劑當(dāng)中的羥基便會與水化產(chǎn)物形成一種絡(luò)合物，在一定程度上使得水泥的水化速度有所降低?？偟膩碚f，就是整個預(yù)制T梁的水化熱量不會改變，但混凝土的升溫速度會明顯加快，散熱時間也會明顯的加長。在對加入緩凝劑的預(yù)制T梁后期檢測當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，有一部分的梁體并為出現(xiàn)早期開裂現(xiàn)象，但還是有個別梁體出現(xiàn)了早期的開裂，因此，向混凝土當(dāng)中加入緩凝劑并不能從根本上預(yù)防預(yù)制T梁的早期開裂。

（二）更換水泥

在該工程當(dāng)中，為了滿足預(yù)張拉力的具體要求，所選用的水泥為強度較高的P·Ⅱ52.5R水泥，該水泥具有很大的水化熱，放熱速度也較快，對梁體內(nèi)外溫度差的控制基本上沒有辦法實現(xiàn)。而P·042.5R水泥則具有較低的水化熱，放熱速度也較慢，在控制梁體內(nèi)外溫差時較為簡單。通過對兩種水泥預(yù)制的T梁溫度實測之后得知，二者溫度差最高達到了8℃，這也就說明在進行溫度控制時P·042.5R水泥更勝一籌，但是直接將水泥換成P·042.5R類型之后，會對梁體的強度造成影響。在分析之后得知，在相同的氧化條件之下使用P·042.5R水泥，然后再對梁體進行養(yǎng)護之后發(fā)現(xiàn)，梁體的抗壓強度有所增強。因此可以得出以下結(jié)論：降低水泥強度之后并不會給梁體的抗壓強度造成不利的影響。

（三）其他措施

在預(yù)防預(yù)制T梁出現(xiàn)早期開裂時，還可以采取以下幾點措施：第一，采用鋼模結(jié)構(gòu)的底模，要保證底模表面的光滑度以及平整度，并在底模上進行兩次脫模劑的涂抹，將梁底的摩擦力降到最低，給T梁的自由伸縮創(chuàng)造更多的有利條件。第二，脫模之后在預(yù)制的T梁中間位置上覆蓋上一層土布，并且要用噴淋霧進行灑水，梁體的兩端位置直接進行淋水即可，以減少橫軸方向上產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。第三，在拌制混凝土?xí)r向其中加入適量的鋼纖維或者是聚丙烯纖維，這樣可以使混凝土的抗裂性能得到有效的增強。第四，對施工原材料進行噴淋操作，己達到降溫的目的，在進行混凝土攪拌的地方要安裝一個水冷卻系統(tǒng)，并且在夜間進行施工，將混凝土的入模溫度控制在30℃以下。

四、結(jié)束語

綜上所述，可以得出以下幾個結(jié)論：第一，導(dǎo)致預(yù)制T梁出現(xiàn)早期開裂現(xiàn)象的主要原因是預(yù)制T梁的橫軸方向上產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，當(dāng)梁體長度方向上的溫度差在25℃及以上的時候，梁體就會出現(xiàn)早期的開裂現(xiàn)象；第二，可以通過更換低水化熱的水泥，并在混凝土當(dāng)中加入緩凝劑的方式來有效的降低梁體橫軸方向上產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，進而有效的預(yù)防預(yù)制T梁的早期開裂問題。

參考文獻：

[1]薛冬樺，吳洪發(fā)，孫國英，等.生物基減水劑對水泥水化進程影響及減水機理[J].建筑材料學(xué)報，2013，16（2）：185-190.

[2]郝文彬.高速公路預(yù)制T梁早期開裂機理及施工技術(shù)[J].四川建材，2017，43（12）：142-143.

[3]丁新榜，胡利平.預(yù)制T梁早期裂縫的成因分析與預(yù)防措施[J].廣東公路交通，2017（02）：42-45.

[4]姜增國，姜川，郭玉峰，等.預(yù)制混凝土T梁早期裂縫原因分析[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報，2012，34（5）：23-26.

[5]薛冬樺，吳洪發(fā)，孫國英，等.生物基減水劑對水泥水化進程影響及減水機理[J].建筑材科學(xué)報，2013，16（2）：185-190.