预制T梁裂缝的形成原因分析及预防措施

Ｉ工程建设与设计　ｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ＯｅｓｉｇｎＦｏｒＰｒｏｊｅｅｔ　预制Ｔ梁裂缝的形成原因分析及预防措施　Ｃａｕｓｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｃｒａｃｋｓ　ｉｎ　Ｐｒｅｃａｓｔ　Ｔ－Ｂｅａｍ　丁世明　（中铁五局集团路桥工程有限责任公司，广州５１　１４５８）　ＤＩＮＧ　Ｓｈｉ—ｍｉｎｇ　（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＮｏ．５ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＲｏａｄａｎｄＢｒｉｄｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１１４５８，Ｃｈｉｎａ）　【摘要】为了进一步了解Ｔ梁裂缝产生的原理，论文以斯里兰卡南部高速公路３０ｍ预制Ｔ梁开裂为例，对混凝土的配合比、收缩　类型、梁体温度变化以及施工工艺进行了分析。结果表明，预制Ｔ粱长度方向的温度应力与边界约束是引起Ｔ粱开裂的主要原因。　据此。从优化配合比、温度控制、现场施工质量控制等方面，提出相应的预防措施。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］ｈ￣ｏｒｄｅｒｔｏｆｕｒｔｈｅｒ　ｓｔｕｄｙ０１１ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｃｒａｃｋｓｉｎＴ—ｂｅａｍ，３０ｍｐｒｅｃａｓｔＴ－ｂｅａｍｆｒｏｍｔｈｅＥｘｔｅｎｓｉｏｎｏｆＳｏｕｔｈｅｒｎＥｘｐｒｅｓｓ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎ　Ｓｒｉ　Ｌａｎｋａ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｔａｋｅｎ　ａｓ　ｅｘａｍｐｌｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｏｆａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｈｅ　ｔｃａｕｓｅｓ　ｏｆｃｒｏｃｋ，ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｒａｔｉｏ，ｔｈｅ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｔｙｐｅ，　ｈｅ　ｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆｂｅａｍｓ　ａｎｄ　ｈｅ　ｃｏｎｓｔｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｈａｖｅ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｈａｔｔ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｌｏｎｇ　ｈｅ　ｌｔｅｎｇｔｈ　ｏｆ　Ｔ－ｂｅａｍａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｓｔｒａｉｎｔａｒｅｔｈｅｍａｊｏｒｃａｕｓｅｓｆｏｒｔｈｅ　ｃｒａｃｋｉｎｇｏｆＴ—ｂｅａｍ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓ，ｂｅｔｔｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓ，ｓｕｃｈａｓｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｃｏｎｃｒｅｔｅｍｉｘｒａｔｉｏ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｉｔｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌ，ｅｔｃ．ａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．　【关键词】预制Ｔ梁；裂缝；温度应力；预防措施　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｐｒｅｃａｓｔ　Ｔ－ｂｅａｍ；ｃａｒｃｋ；ｔｅｍｐｅｒａｔｒｕｅ　ｓｒｔｅｓｓ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　ｍｅｓａｕｒｅ　【中图分类号１Ｕ４４５．５７　【文献标志码】Ｂ　【文章编号】１００７．９４６７（２０１８）１０．０１３６．０４　［ＤＯＩ］１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１８．１０．２６０　１引言　预制Ｔ梁裂缝问题常出现在实际工程中，本文从混凝土　原材料质量、配合比、施工工艺以及温度应力（尤其是Ｔ梁长　度方向）等方面分析原因。斯里兰卡南部高速公路某工区３０ｍ　跨径预制Ｔ梁共１０７５片，２０１６年９月，预制Ｔ梁出现多条裂　缝，横向裂缝主要分布在梁中腹板与翼缘板相交的位置，竖向　裂缝主要分布在梁腹板位置、梁腹板与横隔板相交的位置，长　表１　３０．１预制预应力Ｔ梁裂缝统计表　Ｔ梁　浇筑时间　１　２０１６．ｏ９．０４　（　）　裂缝描述　ＳＰ２—４　１１：０ｏ一１４：３０　左６．６ｍ，左１５ｍ，左４条分布在腹板与顶板的交　２１．２ｍ，右６．３ｍ，右界处，２条分布在腹板上，裂　１３．５ｍ，右２４．２ｍ　缝宽度０．１Ｎ０．４ｍｍ　左５．１ｍ，左１２．６ｍ，４条分布在腹板与顶板的交　左２２ｍ，右１６．１ｍ，界处，１条分布在腹板上，裂　ＳＰ２—７　１５：１０—１８：３０　右２５．１ｍ　缝宽度０．１—０．３ｍｍ　２条分布在腹板与顶板的交　３　２０１６．０９．１０　左８．２ｍ，左１４．５ｍ，　界处，２条分布在腹板上，裂　ＳＰ２—８　０８：００一ｌ１：０ｏ　右１６．Ｉｍ，右２３．５ｍ　缝宽度０．１—０．４ｒａｍ　２０１６．０９．０８　０．１～１．４ｍ，宽０．１０～０．４０ｍｍ，产生裂缝的时间为浇筑完成２４ｈ　以内。１Ｏ月５日，对存在裂缝的Ｔ梁进行了调查和分析，为了　１条分布在腹板与顶板的交　２０１６．０９．１３左６．４ｍ，左１５．１ｍ，　界处，３条分布在腹板上，裂　ＳＰ２—９　０８：００—１　１：２０左２１．４ｍ，右１６．６ｍ　缝宽度０．１—０．４ｒａｍ　４　了解Ｔ梁的裂缝状态及发展趋势，采用ＤＪＣＫ一２裂缝测宽仪　检测裂缝宽度，辅以裂缝检测卡进行检测，并标记位置、走向　和长度。调查结果如表１所示。　【作者简介】丁世明（１９９０～），男，重厌人，工程师，从事道路与桥梁　工程研究。　１３６　５　ＳＰ３－２　１９：００～２２：ｌＯ右１４一２ｍ．…，２条分布在腹板与顶板的交　界处，２条分布在腹板上，裂　￣…－２’２８ｍ　缝宽度０．１—０．３ｒａｍ　：：　．１条分布在腹板与顶板的交　左６．８ｍ，左１３．１ｍ　界处，１条分布在腹板上，裂　ＳＰ３—３　Ｏ７：ｏｏ～ｏ９：４５　缝宽度０．１～０．２ｍｍ　２０１６．０９．１９　ｌ条分布在腹板与顶板的交　右１２．１ｍ　ＳＰ１—２　１８：３Ｏ～２１：４５　界处，裂缝宽度０．１ｍｍ　２０１６．０９．１７　１＃　市政·交通·水利工程设计ｌ　肌　·　ｈ　ｃ·Ｗａｔｅｒ　ＲｅｓｏｔｔｒｃｔｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓ　ｆ　２设计、原材料及施工情况　２．１设计情况　预制Ｔ梁上翼缘厚２００ｒａｍ，梁端及梁体马蹄部位宽　６４０ｒａｍ，腹板厚２００ｍｍ，顶板宽１２００ｍｍ，预留预应力孔道３　道，对称分布３组横隔板，Ｔ梁下翼缘板（即马蹄）布置４根　ｆ１６ｍｍ和６根ｔＭ２ｍｍ纵向钢筋，腹板纵向配筋由１６根　光充足，白昼温度高，Ｔ梁的施工作业为露天作业。在Ｔ梁的　施工和养护期间，温度为２４～３５℃（见图２），相对湿度为７３％～　８８％，平均风速为７～１８ｋｍ／ｈ。　ｔｈｌ２ｍｍ钢筋组成，间距２００ｒａｍ，两端受剪区域箍筋由ｔｈｌ６ｍｍ　钢筋制成，其他部位由ｔｋｌ２ｍｍ钢筋制成，沿梁长度方向间隔　为１５０ｍｍ。结构图如图１所示。　ｉ．１４７５０　时Ｉ司　，　形块　３０ｍＴ梁横断面图　图２时间温度曲线　毯赠　３０ｍＴ梁立面图　图１结构图　２．５混凝土施工与养护　Ｔ梁模板采用组合式钢模板，合模完毕，并由现场监理检　查，通过后，通知生产混凝土。混凝土运输至现场，在试验监理　的见证下取样，做坍落度试验，满足要求后，开始混凝土施工　作业。混凝土由龙门吊吊至模板上部下料，振捣方式以插入式　振捣棒振捣为主，辅以附着式高频振捣器振捣。混凝土浇筑大　方向，由一端向另一端分层浇筑，斜向推进；当即将浇筑至另　２．２混凝土原材料及配合比　混凝土设计等级为Ｃ５０，混凝土原材料基本情况见表２，　混凝土配合比如表３所示，２０１６年９月浇筑的Ｔ梁混凝土配　合比为ＴＭ－０５９，ＴＭ－０７７是改良后的配合比。　表２　Ｃ５０混凝土的原材料基本情况　原材料　基本情况　一胶凝材料　水泥为Ｐ·Ⅱ４２．５Ｒ，粉煤灰　碎石　碎石颗粒级配良好，含泥量２．９％，压碎指１３．４％，针片　状含量７．４％　河沙　细度模数３．３，含泥量２．７％　石粉　灰青色，色泽均匀，无结块　减水剂　Ｏｐｉｔｉｍａ　１８０Ｎ，ｌｈ坍损２０ｍｍ，混凝土初凝时间为３ｈ　水　自来水，常温２３℃左右　端时（距端头３￣５ｍ），应从另一端往回浇筑，以防止张拉端　头混凝土浮浆太多。浇筑时间共约３ｈ。根据设计要求，拆模时　混凝土强度应达到２１ＭＰａ，一般情况２４ｈ左右。　梁顶板采用土工布覆盖养生，翼缘板、梁腹板、马蹄及横　隔板均采用自动喷淋系统，白天时间间隔为３０ｒａｉｎ，夜晚时间　间隔为ｌｈ，２４ｈ不间断养生。　表３配合比对比试验　编号…型３　Ｔ梁裂缝成因分析　—水泥粉煤灰粗骨料河沙石粉水减水剂～…“　　７ｄ　２８ｄ　混凝土结构裂缝按照产生的原因主　要分为２类：（１）由外荷载引起，也称结　２．３预制场地基及预制台座　预制场地为Ｋ３＋４００处红线外的小丘，开挖高度平均为　４ｍ，并用动力触探仪检测合格。台座扩大基础采用片石混凝　土，台座采用Ｃ３０钢筋混凝土，台座上铺设３ｒａｍ厚钢板，以减　少台座与Ｔ梁之间的摩擦力。　构性裂缝；（２）由变形应力引起，也称非结构性裂缝。根据表１　中所描述的裂缝描述，ｉ　蜥为非结构性裂缝，如温度应力、收　缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形，当变形受到约束　时，在构件内部便产生自应力，当自应力超过混凝土自身抵抗　能力即抗拉强度时，会引起混凝土开裂［１】。预制场地为开挖区　域，经过处理后，排除掉不均匀沉降引起裂缝。因此，将对混凝　土收缩、温度应力、边界条件等方面进行分析。具体分析如下。　】３７　２．４施工环境条件　斯里兰卡南部高速工程项目位于赤道附近，三面临海，阳　Ｉ工程建设与设计　ｌＣｏｎｓｔｒｔｗｔｉｏｎ＆ＤｅｓｉｇａＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ　３．１混凝土收缩　由表３中ＭＴ一０５９配合比生产的混凝土抗压试验结果　知，１　７　梁所用预应力混凝土强度高达６４．２ＭＰａ，由此判断　为高性能混凝土，大量试验研究表明：高性能混凝土与普通混　凝土有相似的地方，但在早期塑形收缩、干燥收缩、自收缩等　方面却有区别。收缩引起的Ｔ梁开裂是混凝土原材料、配合比　及施工养护等方面综合作用的结果，具体分析如下。　３．１．１混凝土材料及配合比　由于拆模时间的影响，主要研究自收缩的影响。高小建等　研究的混凝土早期自收缩与水灰比的曲线（见图３）表明ｉ２１：早　期自收缩随着水灰比减小而增大，且水灰比越，Ｊ、越明显。Ｔ梁　混凝土设计强度为５０ＭＰａ，而采用ＭＴ－０５９配合比生产出来　的混凝土达到６４．２ＭＰａ，根据表３，水胶比Ｏ．３３较小，因水灰比　小，强度高，弹ｌ生模量大，松弛能力降低，从而加大了混凝土Ｔ　梁的开裂趋势。由于在表３中，２种配合比粉煤灰含量基本没　有变化，把该研究中的水灰比替换为水胶比，依然满足上面的　、　赠　理论。　０．２５　０．３０　０．３５　０．４０　ｏ．４５　０．５０　水灰比　图３混凝土早期自收缩与水灰比的关系　３．１．２混凝土养护条件　根据设计要求，Ｔ梁混凝土强度达到２１ＭＰａ时方可拆模，　一般需要约２４ｈ，而对已监测的裂缝，在拆模后，已经出现了，　且并没有扩展的现象，因此，本工程Ｔ梁裂缝的出现和２４ｈ以　内的养护没有直接联系，即与外界的风速变化和大气湿度没有　直接联系。但是拆模后的养护对裂缝是否有扩展至关重要。　３．２预制Ｔ梁实际温度测试　通过温控仪器实测所得数据，浇筑混凝土完成后７ｈ左　右，温度开始快速增长，到２０ｈ左右达到峰值，然后趋近稳定，　约２４ｈ后，及时晒水养护，对梁体的温度有一定的影响。图４　中，跨中腹板中心位置最高温度约为５２￣（２，端头中心位置最高　温度约为７５￣Ｃ，在浇筑后完成１８ｈ后，二者的中心温度差均超　１３８　过２０℃，且温差幅度有一定增加。有研究表明，当温差大于　ｇ　好　皿　２５￣Ｃ时，温差致使混凝土产生的拉应力将超过该时候的极限　５　４　３　２　１　１　∞　∞　∞　∞　∞　∞　抗拉强度，梁体将有裂缝产生【引。虽然处于温度稳定阶段，且温　差没有超过２５￣Ｃ，但是很接近，经过实践证明，在浇筑完成　２４ｈ左右拆模后，梁体腹板位置出现了多条裂缝，宽度为０．１～　０．４ｒａｍ，深度不足１．５ｃｍ，非结构性裂缝。　Ｏ　５　ｌ０　１５　２Ｏ　２５　３０　３５　４０　时间／｝ｌ　图４　Ｔ梁梁体跨中和端头中心时间温度曲线　３．３边界约束　混凝土构件发生干燥收缩和温度收缩时，只有其在受约　束的情况下，才会诱发拉伸应力，当超过其抗拉强度时产生裂　缝　。Ｔ梁在混凝土温度应力与收缩应力的共同作用下，梁体　混凝土发生变形，但由于Ｔ梁两端支座中心位置设计了１５ｍｍ　高的楔形块嵌于台座中，当梁的变形受到楔形块的约束无法　自由伸缩变形，可能导致在梁体薄弱位置产生裂缝。　此外，由于拆模时间约为２４ｈ，模板历经一昼夜，因此，模　板本身在２４ｈ内的温度随环境变化很大，图５为暴露在有目　照下一昼夜模板温度和环境温度的变化。虽然，钢材和混凝土　的温度膨胀系数接近，如果模板Ｔ梁梁体温度还未增加，而模　板温度在外界环境的影响之下加速增长，此时模板产生的温　度应力对强度不高的Ｔ梁产生影响，同时在倒角位置的应力　集中，可能导致腹板与翼缘板之间、腹板与横隔板之间产生裂　缝。实践证明，表１中，１　、２　、３　、４　、５叮梁未对模板进行覆盖，　裂缝比较多，而　、７叩梁对模板采取了覆盖措施，阻止了太阳　光的直射，裂缝数量减少了。　结合本节混凝土收缩论述、预制Ｔ梁温度变化的分析、边　界约束条件的分析，得出如下结论ｔ预制Ｔ梁长度方向的温度　应力、边界约束条件是导致梁体开裂的主要原因，当梁的长度　方向温差大于或接近２５￣Ｃ时，梁体可能会产生裂缝。　６Ｏ　５５　５Ｏ　４５　｛趑　赠４０　３０　２５　２０　Ｏ　５　ｌ０　１５　２Ｏ　２５　时Ｉ司，ｈ　图５日照下模板温度曲线　４预制Ｔ梁的预防措施　４．１优化混凝土配合比　从图３可以看出，表３中编号为ＭＴ－０５９配合比水胶比　为０．３３，混凝土早期自收缩量比较大，而编号ＭＴ一０７７配合比　的水胶比为０．３５，早期自收缩量得到了减少。　通过对编号为ＭＴ一０７７配合比浇筑的Ｔ梁混凝土进行了　温控监测（见图６），从图中可以看出，１５～２４ｈ时，跨中和端头　中心位置温差为１０—１６￣Ｃ，该温差和危险温差２５℃有一定距　离，出现裂缝的可能性小。　６５　６ｏ　５５　５Ｏ　４５　赠　４０　３５　３Ｏ　２５　ｏ　５　ｌＵ　ｌ５　２Ｕ　２５　３Ｕ　３５　４Ｏ　时间，ＩＩ　图６　Ｔ梁梁体跨中和端头中心时间温度曲线　４．２改变施工时间、改善施工方法　根据现场实际施工条件，采取以下措施防止裂缝的产生：　（１）选择在夜间浇筑混凝土，此时的温度相对较低，相对稳定，　模板的温度变化曲线和混凝土的温度变化曲线一致；（２）完成　浇筑后，应立即对模板进行覆盖，并防止太阳光线的直射，导　致模板温度急剧上升，对强度不高的混凝土产生影响；（３）改　市政－交通·水利工程设计ｌ　胁ｍ　·ｎ够ｃ·Ｗａｔｅｒ　ｅ　ｅｊ西　＂ｅ　５　Ｉｌ　良台座，在台座楔形块位置，预埋一定厚度的橡胶垫在台座楔　形块位置，为梁体的自由伸缩提供条件。　通过上述几种改善方法，预制Ｔ梁开裂的问题得到了有　效的解决。　４．３其他措施　还可以采取以下措施预防裂缝的产生：　１）脱模后即对Ｔ梁进行覆盖并及时洒水养护，两端、两测　直接用水喷淋，减少Ｔ梁长度方向上的温度应力；　２）混凝土掺入～定量的纤维材料如钢纤维、玻璃纤维、尼　龙纤维等，以提高混凝土的抗裂性能；　３）在Ｔ梁腹板与翼缘板、横隔板倒角等易产生应力集中　的部位，适当增加构造配筋，并保证保护层厚度满足要求；　４）对即将要使用的骨料喷淋降温，在搅拌楼附近安装制　冷系统，对混凝土生产用水进行降温处理，将混凝土人模温度　控制在３０　Ｃ以下。　５结语　预制预应力混凝土Ｔ梁在施工中，裂缝问题是一个普遍　存在的问题，主要是由原材料、混凝土配合比、结构设计及施　工等各方面的原因引起的，根据实际环境，系统的分析可能产　生的原因，做好相应的预防措施，才能防患于未然。　【参考文献】　【１】蔡建平，谢欣欣孙园林，等．预制Ｔ梁温度和收缩裂缝控制［Ｊ】．商品　混凝土，２０１３（５）：４７—４８．　【２】高小建，巴恒静，祁景玉．混凝￣Ｔｇ灰比与其早期收缩特性关系的研　究［Ｃｙ阚筋混凝土结构裂缝控制论文集．北京：化学工业出￣，２００４．　【３】陆斌．工程施工中混凝土裂缝的成因及控制叨．硅酸盐通报，２０１３，３２　（１）：８５－８８．　【４】梁润．现场预制桥梁Ｔ梁开裂分析、处理及预防叨．混凝土，２００７（４）：　８５－８８．　【收稿日期１２０１８．０４．１３　１３９