鐵路預(yù)制箱梁混凝土裂縫成因及防治措施

楊擎天

（中鐵建大橋局集團(tuán)株洲橋梁有限公司， 湖南 株洲 412000）

1 工程概況

新建鄭州至萬州鐵路湖北段站前工程ZWZQ-5 標(biāo)段，起訖樁號(hào)為DK426+741.787～DK461+845.429，總長度35.1km。根據(jù)項(xiàng)目施工需求預(yù)制箱梁為重點(diǎn)內(nèi)容，于麻竹高速南側(cè)建設(shè)制梁場，用于生產(chǎn)施工所需的預(yù)制箱梁。

2 裂縫的類型

（1）淺裂縫主要集中在梁端、腹板處，此類型裂縫寬度普遍在0.1mm內(nèi)，但因結(jié)構(gòu)、受力等方面的不同所產(chǎn)生的長度存在差異。

（2）梁面龜裂，主要呈網(wǎng)狀裂縫，其分布缺乏規(guī)律性，具有橫豎交錯(cuò)的分布特點(diǎn)。

（3）橫向裂縫，主要集中在預(yù)制箱梁拉毛部位，從分布特點(diǎn)來看與鋼筋方向具有較明顯的平行關(guān)系。

（4）泄水孔周邊裂縫，最初源自于泄水孔處，以此為基點(diǎn)逐步向外延伸。

（5）此外，預(yù)制梁的四周由于較脆弱且受力較大，因此各棱角處易產(chǎn)生裂縫，各處裂縫的大小不均。

3 裂縫成因分析及預(yù)防措施探討

預(yù)制箱梁多使用混凝土材料，受材料特性、外界荷載等方面的影響而產(chǎn)生裂縫[1]。具體而言，因外荷載的存在而形成裂縫可稱為結(jié)構(gòu)性裂縫，主要與結(jié)構(gòu)承載力偏低有關(guān)；因變形而形成裂縫統(tǒng)稱為非結(jié)構(gòu)性裂縫，即構(gòu)件的變形受到限制，導(dǎo)致其內(nèi)部形成極為明顯的自應(yīng)力，該值超出混凝土允許應(yīng)力時(shí)直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)異常，發(fā)生開裂現(xiàn)象。

3.1 養(yǎng)護(hù)不到位

拆模后應(yīng)以合理的方式做好養(yǎng)護(hù)工作，若養(yǎng)護(hù)工藝不當(dāng)或齡期不足會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度上升持續(xù)時(shí)間過長、強(qiáng)度偏低。受到養(yǎng)護(hù)工作不及時(shí)的影響，高溫天氣下明顯加快了混凝土失水速度，使其表面含水量偏低，由此形成干縮裂縫。

具體原因：（1）拆模結(jié)束直至養(yǎng)護(hù)階段的間隔時(shí)間過長，混凝土結(jié)構(gòu)未得到及時(shí)的灑水養(yǎng)護(hù)且齡期偏短；（2）受夏季高溫天氣的影響導(dǎo)致水分大幅度蒸發(fā)；（3）土工布鋪設(shè)不當(dāng)，難以實(shí)現(xiàn)與箱梁腹板的連接，導(dǎo)致腹板處濕潤度不足。

防治措施：（1）引入全斷面噴淋法，全面確保箱梁養(yǎng)生效果，合理布設(shè)噴淋養(yǎng)生管，將其置于腹板兩側(cè)及箱室內(nèi)，依據(jù)特定的頻率噴淋養(yǎng)護(hù)；（2）使用土工布完整包裹箱梁，根據(jù)養(yǎng)護(hù)需求搭建支架，確保土工布與腹板達(dá)到緊密貼合的效果，實(shí)現(xiàn)持續(xù)性保濕；（3）安排專員養(yǎng)護(hù)，每位人員負(fù)責(zé)10 片箱梁，設(shè)置養(yǎng)生牌并標(biāo)注信息，如養(yǎng)護(hù)責(zé)任人、齡期等；（4）加強(qiáng)對(duì)養(yǎng)護(hù)人員的技術(shù)培訓(xùn)，定期巡檢；（5）配置加壓裝置，調(diào)整管內(nèi)壓力使其維持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，不可低于3 個(gè)大氣壓，以便給噴淋作業(yè)提供壓力支持。

3.2 溫度變化

施工現(xiàn)場的溫度對(duì)預(yù)制箱梁質(zhì)量具有明顯影響[2]。若外界溫度處于較低水平，此時(shí)由于混凝土內(nèi)部發(fā)生明顯的水化熱現(xiàn)象，導(dǎo)致箱梁內(nèi)外部溫差加大，形成明顯的溫差應(yīng)力，從而導(dǎo)致混凝土開裂。從具體成因來看與混凝土材料的特性有關(guān)，由于其具有熱脹冷縮的特點(diǎn)，因此在箱梁內(nèi)外部溫度缺乏均衡性時(shí)將導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)變形，此過程中若存在明顯約束力，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力隨之增加，該值超混凝土材料所具備的抗拉強(qiáng)度時(shí)引發(fā)質(zhì)量問題，即形成溫度裂縫。不同于其他類型裂縫的是，溫度裂縫最直接的成因在于溫度的異常變化，具體又與溫差、水泥水化熱、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)纫蛩赜嘘P(guān)。經(jīng)驗(yàn)表明日照和突發(fā)性降溫是最為主要的原因。圖1為梁體裂縫圖。

圖1 梁體裂縫

防治措施：針對(duì)現(xiàn)場溫度偏低的情況，需在砼澆筑前通過加熱的方式提高模型溫度，確保其至少達(dá)10℃，以蒸汽加熱的方式較為可行。砼澆筑施工通過龍門吊輔助，入模溫度≥10℃，遵循邊澆筑邊覆蓋的原則。對(duì)于預(yù)制梁的養(yǎng)護(hù)工作較可行的是蒸汽養(yǎng)護(hù)方式，濕度維持在90%左右，避免溫度急劇變化，升溫及降溫速率要穩(wěn)定在10℃/h 內(nèi)。

3.3 其他原因

（1）混凝土拌和時(shí)所選用的配比不當(dāng)，諸如含泥量大、水泥用量過多，此時(shí)混凝土伴隨極為明顯的水化熱現(xiàn)象，外部溫度與之存在明顯差異，隨之形成溫度裂縫或與混凝土收縮有關(guān)，此時(shí)易形成干縮裂縫；（2）施工所用混合料和易性差或未采用正確的澆筑方法，由此帶來混凝土離析現(xiàn)象，而在混凝土水化過程中若缺乏控制措施將形成干縮裂縫；（3）缺乏正確的施工組織計(jì)劃，澆筑作業(yè)持續(xù)性不足，在間隔時(shí)間過長的情況下極容易超過混凝土初凝時(shí)間，后續(xù)恢復(fù)施工時(shí)結(jié)合區(qū)域產(chǎn)生冷施工縫，存在明顯的滲水現(xiàn)象；（4）拆模時(shí)間偏早，導(dǎo)致混凝土不具備足夠的強(qiáng)度，此條件下因自重及撞擊等外力作用而出現(xiàn)裂縫。

防治措施：（1）根據(jù)施工要求優(yōu)化配比，優(yōu)先選擇低熱水泥，在確保混合料整體性能的基礎(chǔ)上減少水泥用量；（2）定期檢測(cè)砂子含水率，以所得結(jié)果為準(zhǔn)靈活調(diào)整加水量，以免出現(xiàn)混凝土離析現(xiàn)象；澆筑過程中調(diào)整好料斗位置，該裝置底部高于梁頂?shù)牟糠挚刂圃?m 內(nèi)，各層澆筑厚度要具有均勻性且不可超過30cm，振搗過程中設(shè)備深入下層10cm；（3）優(yōu)化施工工序，若遇到夏季高溫施工環(huán)境，較合適的是傍晚等低溫時(shí)段澆筑，確保攪拌站的生產(chǎn)能力，維持澆筑作業(yè)的持續(xù)性；（4）以現(xiàn)場天氣為依據(jù)，創(chuàng)建各條件下的混凝土強(qiáng)度增長曲線，進(jìn)一步確定合適的箱梁拆模時(shí)間；（5）結(jié)束混凝土澆筑后做好優(yōu)化工作，頂板收面至少兩次，并選用土工布覆蓋使其與頂板緊密貼合，最大限度減少頂板失水量；結(jié)束拆模作業(yè)后，土工布完整包裹箱梁并適當(dāng)灑水（考慮到拆除初期存在較明顯水化熱的問題，不可使用溫度偏低的地下水，否則易加快混凝土降溫速度，使其在短時(shí)間內(nèi)急劇降溫并引發(fā)結(jié)構(gòu)內(nèi)外部溫差），確?；炷帘砻婢S持相對(duì)濕潤的狀態(tài)；（6）調(diào)整模板結(jié)構(gòu)，不可存在截面突變問題，并注重對(duì)非連續(xù)端底部模板的分析，采取優(yōu)化措施。

3.4 混凝土裂縫的治理

細(xì)微裂縫的影響程度較弱，通?？勺杂?，幾乎不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的正常使用造成負(fù)面影響。從美觀的角度來看需全面清理裂縫表面，在該處刷涂環(huán)氧樹脂，再涂抹適量調(diào)色料，確保該修補(bǔ)區(qū)域的顏色與周邊襯砌顏色相同。部分裂縫較為明顯，其寬度達(dá)0.2mm 或更大，此時(shí)將裂縫周邊5cm 區(qū)域清理干凈，使用酒精深度清洗后再均勻刷涂丙酮，隨后涂抹環(huán)氧樹脂，于該結(jié)構(gòu)層上鋪玻璃布，最后再刷涂環(huán)氧樹脂。應(yīng)注意的是玻璃布的質(zhì)量控制較為關(guān)鍵，需將其置于濃度為5%的純堿水中給予一段時(shí)間的脫脂處理，再轉(zhuǎn)移到清水中清洗，經(jīng)過烘干后消除其殘留的水分。

4 結(jié)束語

預(yù)制箱梁質(zhì)量問題中以裂縫較為常見，作為一種普遍性現(xiàn)象需以合理的方式減少甚至避免。裂縫直接降低結(jié)構(gòu)抗?jié)B能力，不利于正常使用，加劇內(nèi)部鋼筋銹蝕，施工中要從混合料配比、澆筑、振搗及養(yǎng)護(hù)等工作入手，盡可能消除裂縫，確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量。