浅谈箱梁产生裂纹的原因及预防处理措施

摘要：针对箱梁预制混凝土产生裂缝的原因，及在施工中如何采取措施，有效地防止混凝土裂缝，提出了几点看法。

关键词：表面裂纹；沉缩裂纹；温度控制；裂纹处理。

前言：广西省南宁铁路局沿海铁路南宁至钦州段NQ1标良庆制梁场负责28座桥梁共计349榀箱梁预制任务。采用横列式布置，900t轮胎式提梁机提梁、移梁。梁场设置8个32m制梁台座，1个32m/24m共用制梁台座， 45个存梁台座（均为双层存梁，其中预留5个台座），2个中转台座，设计存梁90榀，极限存梁能力105榀。制梁场为分为生产区、存梁区、混凝土拌和站区、生活办公区、库房、试验室等。

1.裂纹原因的分析

混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。

从裂纹的形成过程可以看到，梁体混凝土之所以开裂，主要是混凝土所承受的拉应力和混凝土本身的抗拉强度之间的矛盾发展的结果。因而为了控制混凝土裂缝，就必须尽最大可能提高混凝土本身抗拉强度性能和降低抗应力（特别是温度应力）这两方面综合考虑。抗拉强度主要决定于混凝土的强度等级及组成材料，要保证抗拉强度关键在于原材料的优选和配合比的优化（混凝土强度等级设计已经确定），由于混凝土选用地材，从经济角度来考虑，原材料优化的空间相对较小，所以降低拉应力是控制砼裂缝的有效途径，而降低拉应力主要通过减少温度应力和沉缩应力来控制温度裂缝和沉缩裂缝。

2.温度裂纹分析

2.1水泥水化热

水泥水化过程中放出大量的热，内部温度不断上升，使砼表面和内部温差较大，砼内部膨胀高于外部，此时砼表面将受到很大的拉应力，而砼的早期抗拉强度很低，因而出现裂缝。这种温差一般仅在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此裂缝只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整。这情况主要发生在自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。

2.2外界气温、湿度变化

箱梁预制混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对裂缝的产生有着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加梁体混凝土的内外温度梯度。如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，极易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

2.21温度裂纹控制温度的措施如下：

1）采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；

2）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度 ；

3）控制混凝土入模温度并加强振捣，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，保证振捣密实，严防漏振及过振，确保混凝土均匀密实。

4）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；

5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；

6）混凝土温度监测，在混凝土内部及外部设置温度测点，并且设置保温材料温度测点及养护水温度测点，现场温度监测数据由数据采集仪自动采集并进行整理分析，每一测点的温度值及各测位中心测点与表层测点的温差值，作为研究调整控温措施的依据，减小混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。

3.混凝土的沉缩裂缝分析

混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。当混凝土在不受外力的情况下，自发变形受到外部（预埋件、钢筋、模板等）约束时，将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。一般来说混凝土收缩主要有以下三种原因：

3.1硬化收缩

即混凝土在水化结硬过程中，由于水泥颗粒不断水化，毛细管及各孔隙游离水逐渐与水泥矿物质水化，转化为凝胶及结晶形成水泥石，体积略有收缩。

3.2失水收缩

混凝土中存在极细的孔隙，水从中逸出，在这些毛细孔中产生毛细张力使混凝土产生变形，造成干缩或塑性收缩。即混凝土内的水分不断蒸发，引起显著的体积收缩。

3.3碳化收缩

即空气中的CO2 ，与水泥石中的Ca（OH）2，作用，生成 CaCO3和水。由于碳化引起水泥石化学组成及组织结构的变化，从而对混凝土产生收缩影响。

混凝土的体积收缩是水化过程中的一种必然现象，理论上说在完全自由的状态下，收缩只会引起构件的缩短，不会在构件内产生应力，不会产生裂缝。实际上由于结构的整体作用，每种构件都受到不同程度的约束，因此混凝土收缩必然在结构、构件中产生内应力，当这些应力足够大时，就会导致结构、构件的开裂。

4.混凝土的沉缩裂缝预防措施

4.1硬化收缩

一是合理地安排作业时间，尽量避免在中午气温高峰时间进行施工；二是保证施工用水的温度；三是缩短作业延迟时间；四是控制开始养生的时间及条件，保证混凝土养生龄期。

4.2失水收缩

干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。混凝土中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，大体积混凝土中表面部位多见，较薄的梁板中多沿其短向分布。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽两端细且长短不一、互不连贯状态。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等针对这两种失水收缩主要预防措施：一是选用收缩量较小的水泥.一般采用中低热水泥和矿渣硅酸盐水泥。二是混凝土的干缩受水灰比的影响较大，因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比，同时掺加合适的减水剂。三是在混凝土终凝前进行二次抹面。四是及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的土工布等，保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面洒水或喷洒养护剂等进行养护，冬季只能喷洒养护剂等进行养护。

5.梁体混凝土的裂缝检查与处理

裂缝的出现不但会影响箱梁的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。

5.1表面修补法

表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

5.2嵌缝法

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性防水材料为聚合物水泥砂浆。

5.3结构加固法

当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采用加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。

6.结束语

综上所述，虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响，同时在施工中多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生，保证混凝土的耐久性。