混凝土长盖梁收缩效应的分析与控制

摘要：收缩效应是混凝土长盖梁需要重点控制的一个方面，特别是在墩柱较矮、线刚度较大的时候，其收缩效应往往有较大影响。通过对收缩裂缝控制措施的探索，及对后浇段在不同龄期下浇筑的钢筋混凝土盖梁进行的收缩裂缝分析比较，发现在常见的施工工期下，后浇段的浇筑龄期对盖梁的收缩裂缝宽度影响并不显著。

关键词：收缩效应；裂缝；后浇段；长盖梁

中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号：

0 引言

钢筋混凝土盖梁不仅需要满足承载力极限状态（强度）的要求，同时需要对其正常使用极限状态（裂缝宽度）进行控制，裂缝宽度影响结构的耐久性，往往是钢筋混凝土结构设计的控制因素。荷载作用引起的裂缝可以通过适当配筋、修改截面等措施加以改善，但是变形作用（如：温度、收缩效应等）引起的混凝土裂缝往往无法通过加强结构自身强度来解决，一般还需要采取必要的设计和施工工艺措施。

1裂缝类型

根据混凝土裂缝产生的原因可以将其分为：荷载作用裂缝，指外荷载作用下混凝土产生的结构性裂缝；变形作用裂缝为温度或收缩作用下混凝土产生的裂缝；混合作用裂缝为温度或收缩作用下混凝土发生变形，由于外部约束限制作用致使混凝土产生的裂缝；混合作用裂缝指荷载和变形共同作用下产生的裂缝。

根据裂缝形式及出现在混凝土梁上的位置可以将其分为：横向直裂缝一般由于正应力、温度作用或收缩作用引起的；纵向直裂缝通常是主梁梁肋横向连接薄弱处产生的裂缝，也有因为纵向主筋锈蚀，沿着纵向主筋产生的裂缝；竖向裂缝往往由整体升降温及混凝土收缩作用引起的;斜裂缝则是由主拉应力造成的，通常剪力较大时会有这种类型的裂缝产生，基础不均匀沉降作用或梁板上有开孔削弱时也会有斜裂缝产生；冲切裂缝则是柱子顶上的板或梁在柱子集中冲切荷载作用下产生的环状裂缝。

荷载作用的混凝土裂缝可以通过加大结构截面或提高配筋来有效降低裂缝宽度，但有些措施对改善变形作用裂缝效果却往往并不明显，变形作用裂缝需要采取适当的设计方法、必要的构造及施工措施来避免或改善。据统计，钢筋混凝土结构中，结构性裂缝约占整个裂缝数量的10%，非结构性裂缝（变形作用裂缝）约占80%，可见，降低变形作用裂缝对提高混凝土结构的整体耐久性将起到十分重要的作用。对于长盖梁，变形作用裂缝是设计的主要控制因素，甚至决定了结构构造、施工方法和结构材料的选取。其中，收缩裂缝又是混凝土变形作用裂缝的一个重要方面，因此，控制混凝土收缩作用裂缝十分必要。特别是墩柱较矮，且盖梁长度较大时，收缩作用效应更加显著，是一个重要研究方面。

2 混凝土收缩类型

混凝土收缩是混凝土在浇筑、养护、后期使用阶段体积不断缩小的一种现象，基本上伴随了混凝土的整个生命周期。收缩分为塑性收缩、自生收缩、碳化收缩和干燥收缩。自生收缩是水泥水化时的化学反应后的体积收缩。碳化收缩是大气中的于混凝土水化物形成造成的混凝土体积收缩。干燥收缩是混凝土水分蒸发引起的收缩变形，这种收缩变形较大，持续时间较长，2-3年会完成95%。

若混凝土材料成分使用适当、后期养护到位。混凝土收缩主要由塑性收缩和干燥收缩两部分组成。其中，塑性收缩发生在早期，混凝土终凝以前，混凝土模板拆除之前产生的裂缝基本都由塑性收缩造成的，这种收缩在不同的养护条件和材料差异下离散性很大，目前还没用明确的收缩变化表达公式。干燥收缩发生在整个混凝土生命周期中，具有一定的规律性，现已有标准状态下的表达公式。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)采用的混凝土收缩应变表达式如下所示：

这个公式只表示了干燥收缩变形应变，并不包括早期塑性收缩变形。因此，早期的塑性收缩变形目前还无法完整的预测，只能通过必要的设计、施工工艺措施加以改善，一般混凝土强度越高早期的塑性收缩变形越显著，同时掺合料、外加剂等对早期塑性收缩变形也有较大影响。因此，高强混凝土早期更需要精心养护，以防早期塑性收缩变形产生裂缝。

3 减小收缩裂缝的措施

收缩作用裂缝在钢筋混凝土非结构性裂缝中占了很大的的比例，是结构设计需要重点考虑的一个方面。收缩裂缝产生的原因为：混凝土产生收缩变形后，受到外部约束作用而产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时（确切的说是拉应变超过混凝土的极限拉应变时），混凝土便发生开裂。混凝土梁的收缩不仅会造成自身裂缝，同时也会对其连接构件产生附加作用，例如：长盖梁发生收缩变形以后会在两侧的墩柱上产生剪力和弯矩作用，如墩柱较矮或线刚度较大时，也很容易开裂。减小收缩变形裂缝需要从混凝土材料、施工工艺、设计构造措施等多方面进行解决。总的来说包括三个方面：第一是通过材料或施工工艺来减小混凝土的收缩量；第二是增加混凝土的抗力来抵抗裂缝的产生；第三是释放约束，降低收缩变形产生附加作用。对于混凝土材料和施工工艺来降低收缩变形效应在已有的文献中已有较详细的论述，本文具体就长盖梁的设计措施进行一定的分析。

避免采用高强混凝土

据研究资料可知，高强、高性能混凝土水化热较大，早期塑形收缩量很大，尤其是长大

体积混凝土浇筑时，收缩尤其显著。因此，为避免早期混凝土裂缝，应尽量避免采用高强混凝土。一般C40以下混凝土早期收缩变形较小。因此，建议长盖梁设计尽量采用混凝土结构，并且避免采用高强混凝土。

采用掺纤维混凝土

早期塑形收缩无法避免，但可以通过在混凝土中掺入聚丙烯纤维来改善早期塑形收缩变形效应，降低裂缝宽度。纤维可以起到粘结混凝土微粒，避免裂缝开展，特别是对降低早期塑形收缩裂缝比较有效。这是采用物理方法来提高混凝土的抗裂能力，比较稳定，较化学方法更可靠；这种处理方式目前只应用于桥台中。

混凝土掺膨化剂

混凝土掺入膨胀剂使混凝土产生一定的膨胀应变，抵消了混凝土自身的收缩变形，降低了收缩效应。早建筑结构工程中被广泛应用来补偿收缩，但在桥梁结构上一般都是在后浇段等局部部位上采用。掺入膨胀剂后的混凝土性能要求在《混凝土外加剂应用技术规程》（GB50119-2003）中有明确规定。

合理配置构造筋

构造筋选择与混凝土的收缩效应是一对矛盾同一关系。混凝土浇筑后，微粒会附在构造筋的表面，随着水分的蒸发，混凝土会逐渐干缩凝固，构造筋能有效降低混凝土收缩变形，这是对控制混凝土收缩变形有利的一面；但是混凝土收缩后，构造筋会限制其内缩，在混凝土内产生拉应力，加剧了混凝土的裂缝开展。较粗的构造筋对于降低混凝土收缩变形效果不明显，并且会有利于混凝土裂缝的开展；密而细的构造筋对降低混凝土的收缩变形和控制裂缝开展效果均明显，研究显示，直径为12~16mm的构造筋，间距采用10cm左右布置对控制收缩效应效果较好。某采用平衡悬臂施工的3跨连续梁，在施工期间就发现盖梁在中支座附近，盖梁侧面出现竖向收缩裂缝，经核查发现由于温度筋配置不足，是造成盖梁侧面产生竖向裂缝的主要原因。

加构造缝

降低长盖梁收缩效应的另一个有效措施是加构造缝，将长盖梁分割为几个短盖梁，降低盖梁收缩变形对墩柱的不利影响。但同时短盖梁间的不均匀沉降或变形会使上部结构受力不利，或者造成影响外观的缝隙。因此，工程中应用构造缝来降低收缩效应的措施的实例不多。

采用后浇带

目前，建筑结构工程和桥梁工程中采用较多的降低收缩效应的措施为后浇带施工工艺，这既是设计手段也是施工方法。将长盖梁划分为两段或多段分别浇注，并预留后浇带，待各节段的收缩变形完成后浇注各节段之间的后浇带混凝土部分，后浇带混凝土一般采用具有一定限制干缩率的微膨胀混凝土。