箱梁混凝土产生裂缝的原因分析与控制措施--合安铁路庐江制梁场田朋

第一篇：箱梁混凝土产生裂缝的原因分析与控制措施--合安铁路庐江制梁场田朋

预应力混凝土箱梁

产生裂纹的原因及控制措施分析

合安铁路HAZQ-3标庐江制梁场 田朋

摘要：根据预应力混凝土箱梁预制施工经验及现场实际情况,对箱梁混凝土出现裂纹的原因进行客观分析，并提出一系列具有可行性的控制措施，供后续箱梁预制施工作业参考、借鉴。关键词：混凝土 箱梁预制 裂纹 控制措施

近年来我国高速铁路建设迅猛发展，桥梁在高速铁路建设中所占的比重越来越大，但在桥梁的施工建设中，在各种因素作用下而产生的混凝土表面裂纹更是极普遍的现象，也是长期以来困扰着预制箱梁施工技术人员的一个共性难题。本文以合安铁路HAZQ-3标庐江制梁场预应力混凝土箱梁在施工、养护、提运架设各阶段过程中，梁体易出现裂纹的部位、产生的原因和控制措施进行描述，供后续箱梁预制施工作业参考与借鉴。

1.工程概况 1.1气象情况

庐江位于亚热带湿润季风气候区，气候温和，四季分明，降雨多集中在汛期即5～9月，此时段多年平均降水量为1236.2mm；多年平均降水量为1187.9mm，最大年降水量2023.5mm，最小年降水量为630.4mm。多年平均气温15.7℃，极端最高气温40.3℃，极端最低气温-11.7℃。温度最低月份为一月，平均气温2.3℃，温度最高月份为七月，平均气温29.5℃。

1.2梁场概况

梁场位于安徽省合肥市庐江县万山镇程桥村，DK83+910~DK84+427正线线路左侧。承担DK65+542.055～DK95+717.01段(跨合安高速特大桥～庐江特大桥）627片（其中32m箱梁600孔、24m箱梁27孔）的箱梁预制任务。

1.3分析背景

庐江制梁场首榀箱梁、第23～31榀箱梁、第100榀箱梁、第103榀箱梁顶板顶面及底板顶面不同程度的出现了表面裂纹，首榀及第100榀箱梁尤为严重，经相关检验检测结果均为表面龟裂，首孔箱梁经静载试验鉴定，质量符合要求。

2.箱梁裂纹的种类及成因分析 2.1原材质量引起的裂纹

原材料质量对混凝土的性能和强度将产生最直接的影响,是箱梁产生裂纹不可可忽视的原因。碎石、砂含泥量超标、级配不合格等都会导致混凝土拌和物性能不好,从而增大裂纹发生的概率。

2.1.1水泥

水泥安定性不符合要求，游离氧化钙含量超标。水泥出厂时强度不满足要求，受潮或过期，都可能导致混凝土强度不足，从而致使致混凝土开裂。当水泥中含碱量过高(如超过0.6％)，并用含有碱活性的骨料，提高产生碱骨料反应的概率，从而导致混凝土开裂。普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土结构中，产生的大量水化热不易散发，使混凝土内部温度相对过高，内外温差过大使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，拉应力大于早期混凝土抗拉强度时就会产生温差裂纹。

2.1.2砂、石骨料

砂石粒径过小、级配不合格，会增加水泥和拌和水用量，从而影响混凝土的强度，导致混凝土收缩增大；砂石中云母含量偏高、泥含量较高时，将降低骨料与水泥的粘结力，从而降低混凝土强度；砂石中的有机质和轻物质过多，会降低水泥的硬化过程，降低混凝土强度；砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应，致使体积膨胀2倍以上。以上都是箱梁混凝土产生裂纹的只要原因。

2.1.3 拌和水及外加剂

拌和用水或外加剂中氯化物等含量过高时会对骨架钢筋产生较大的锈蚀作用；同时拌和水温度过高会直接导致混凝土出机温度过高，尤其是在炎热的夏季施工会增加混凝土的水化热反应导致裂纹产生。

2.2混凝士施工工艺引起的裂纹

在钢筋笼吊装、混凝土浇筑、拆模、箱梁吊运等施工作业过程中，如施工工艺不符合要求、施工质量拙劣，就容易产生裂纹。裂纹出现的部位、走向、宽度、深度因产生的原因而各有不同，常见的有如下几种：

混凝土保护层过厚。为便于整体内模的安装就位，绑扎梁体腹板内侧钢筋时向梁外侧偏移，结果表现为梁体内侧上倒角钢筋保护层过厚，由于提梁时倒角处所受扭力过大，且应力集中，极易形成裂纹；如钢筋吊装及混凝土浇筑过程中频繁踩踏已绑扎的顶板钢筋，使钢筋 2 整体下沉导致保护层加厚，极易形成与受力钢筋垂直方向的裂纹，相反如若钢筋保护层太小则易产生顺钢筋走向裂纹。

混凝土振捣不充分，混凝土蜂窝、空洞不密实，导致钢筋锈蚀，是其它荷载裂纹的起源点。

混凝土搅拌、运输及现场等待时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，和易性和流动性减小，使得混凝土表面出现不规则的收缩裂纹。

2.3塑性收缩裂纹

提浆正平后，表面水分散发快，由于二次收面不及时、及收面质量差而产生的收缩裂纹。当梁面混凝土裸露在高温、大风天气下时，会加速水分的散失，使内部产生较大负压力导致混凝土体积急剧收缩，由于混凝土尚未终凝，强度无法抵抗该收缩因而产生塑性收缩裂纹。此类裂纹两端细中间宽，长短不一，分布不规则，且互不贯通。

2.4温差收缩裂纹

庐江制梁场所处地区温差较大，梁体很容易产生温差收缩裂纹。混凝土的硬化过程会产生大量的水化热，由于梁体体积较大，内部热量散发困难，致使内部温度急剧上升，相反表面散热较快温度上升较慢，因温差热胀冷缩程度不同，在内部产生压应力，表面产生拉应力，二者不平衡时便形成了温差收缩裂纹。由于拆模时间及温差控制不合理，导致芯部与表面温差大于15℃而造成梁体腹板表面温差收缩裂纹。

2.5后期覆盖保湿养护不到位导致干缩裂纹

混凝土具有“收缩”的特性，硬化过程中，表面水分会持续散失，干燥收缩快，内部水分散失慢，干燥收缩慢，同时由于后期覆盖保湿养护不到位或由于存梁台座及时周转的需要导致箱梁喷淋养护不满足拆模后14天的要求，同样会因为梁体表面的拉应力与混凝土抗拉强度失衡而产生裂纹。此类裂纹易出现在梁面混凝土的养护后期，此类干缩裂纹呈平形状或网状，多数较深。

2.6受外力作用产生的裂纹

外力作用通常会在梁体表面产生拉应力，拉应力与抗拉强度失衡便产生裂纹。此类裂纹多出现在箱梁端头、吊装孔周围倒角处。

梁体端头裂纹主要是混凝土未达到拆模强度而拆模，或达到了拆模强度，但拆模过程不 3 规范，对模板生拉硬撬，致使混凝土受到大力冲击产生裂纹，若端头钢筋保护层偏小，易导致混凝土开裂甚至掉块现象（图1）。

图1

吊装孔处由于钢筋密集，Φ25加强筋安装困难，同时增加了浇筑过程中的振捣难度，强行振捣易使设计的加强钢筋移位，导致保护层厚度增大；由于梁体着重大，吊移梁作业时吊装孔周围受较大拉力且拉应力集中，因此而产生裂纹。

根据庐江制梁场箱梁产生过程及产生裂纹原因进行综合研究分析，原材质量不符合要求、混凝土出机温度过高水化热反应过大、钢筋保护层控制不到位、混凝土后期养护不到位是导致产生梁面龟裂的四个主要原因，下面将分别提出针对性的控制措施，供后续施工参考借鉴。

3.箱梁混凝土裂纹的控制措施 3.1优选原材料

（1）选用适宜的水泥。根据收缩性大小梁场宜选用普通硅酸盐水泥，同时做好水泥进场后的检测工作，确保相关指标符核要求，试验检测要严格控制好时间，水泥从运输车加压进罐后温度可达80摄氏度，这种水泥直接进行水泥试验会加快水泥水化热反应，影响试验结果，所以试样要静停（一般为24h）与室温一致后再做试验，试验结果不符合要求及时进行退场处理，确保源头质量符合要求。

（2）骨料选用粒径均匀、级配良好、含泥量等指标要符合要求，材料进场后及时进行试验检测，检测结果不符和要求的先进行筛分、清洗处理（图2），同时对筛沙机筛网网格 4 尺寸进行严格控制，确保筛分起到实效，清洗后再次进行检验，检验结果符合要求方可使用，否则坚决进行退场处理（图3），做好源头质量把控。

图2

图3

3.2混凝土出机温度控制

（1）降低原材料初始温度。高温期采用循环冷却水（图4）或黑色滤网遮盖对粉料罐进行降温处理，同时采用冷水机对拌和水进行降温（图5），定时对混凝土出机温度进行测量确保符合要求（图6），切实降低混凝土浇筑后期水化热反应。

图4

图5

图6

（2）合理安排浇筑时间。夏季尽量避开高温时段，宜在晚间或凉爽时段进行（晚8点至次日6点之间）；冬季避开低温时段，宜在中午或暖和时段进行，严格控制混凝土入模温度（不得高于30℃）。

3.3混凝土保护层控制

控制措施：①加强钢筋绑扎质量控制，吊装孔附近钢筋密集，设计的Φ25加强钢筋必须按设计要求的间距、位置安装到位；②顶板钢筋与底腹板钢筋整体绑扎时，吊装孔附近的钢筋要仔细调整间距，务必确保此处钢筋保护层厚度符合要求。根据现场实际需要在加工钢筋绑扎胎具时要做好底板、腹板、顶板钢筋的定位卡槽，确保钢筋绑扎精度符合要求（图7）。

底板定位卡槽

腹板定位钢管

顶板定位卡槽

图8 3.4混凝养护控制 3.4.1前期塑性收缩裂纹

控制措施：①收面时严禁洒水；高温或大风天气混凝土收面完成后立即覆盖保温罩；②严格控制二次收面的时间及质量，即使出现塑性收缩裂纹也能通过二次收面愈合。

3.4.2后期干缩裂纹

控制措施：浇筑完成混凝土初凝后在顶板顶面及箱内底板顶面顶板及箱内进行围堰蓄水养护（图8），根据气温高低、水分蒸发情况及时进行补水，保证整个梁面养护期间始终保持湿润状态，箱梁初张后提到存梁区顶面及箱内要继续进行蓄水养护，外侧腹板进行自动喷淋养护（图9），时间必须满足拆模后养护14天的要求。

图8

图9

3.4.3箱梁端头裂纹

控制措施：①钢筋笼严格按照设计尺寸进行安装，确保钢筋保护层厚度符合要；②求严格按照规范及设计要求施工，混凝土达到标准强度后方可拆模，拆模时不得大力敲击模板，遵循“上顶下拉，同步平移”的原则；③拆模后做好端头密闭保湿养护工作（图9）。

图9 3.5其他应注意事项

（1）控制好混凝土发料速度，减少现场不必要的等待时间。

（2）混凝土浇筑时严格采用斜向分段、水平分层浇筑，严禁从一端一次性向另一端浇筑，加快混凝土内部热量的散发。

（3）控制混凝土浇筑速度，保证混凝土硬化前后沉实均匀，避免产生不规则收缩裂纹。（4）根据混凝土强度及温差严格控制拆模时间。

（5）制梁台座及存梁台座严格按设计施工，避免中产生不均匀沉降，导致混凝土出现裂纹。

（6）箱梁运输、吊装过程中，严格控制支撑和吊点位置，避免产生较大的振动或荷载冲击，出现事故性裂纹。

4.结语

综上所述可知预应力混凝土箱梁出现裂纹的原因是多方面的，相应的控制措施也应综合进行分析。箱梁出现裂纹会降低箱梁混凝土抗渗性能，引起内部钢筋锈蚀、混凝土碳化，从而降低其耐久性进而影响到箱梁使用寿命、甚至威胁到整个桥梁结构的安全，庐江制梁场通过过程分析、总结经验，针对箱梁裂纹频出的现象及时制定了相应的控制措施，通过实践 证明庐江制梁场的一些列控制措施已取得了明显的成效，后续浇筑的箱梁均未出现裂纹现象，特此进行总结供后续箱梁预制施工进行参考借鉴。

参考文献:

[1] TZ 212-2005《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》 [2] TB J283_2004《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》

[3]铁道部经规院通桥(2008)《无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁施工参考图》

第二篇：预应力混凝土场制箱梁裂纹产生原因分析

客运专线铁路预制箱梁裂纹产生原因分析

摘要：通过对高速铁路高性能混凝土简支箱梁现场预制施工过程中产生的各种裂纹调查，对其成因进行归类分析，对预防和处理裂纹的方法进行总结探讨。关键词：高速铁路 预制箱梁 原因分析

混凝土制品的裂纹是很难避免的，它会影响混凝土的强度、耐久性甚至使用功能。设计时速350公里客运专线铁路无碴轨道简支箱梁，使用寿命为100年，对于混凝土的裂纹有更高的要求，我们在从事箱梁预制生产过程中如何减少和消除预应力混凝土梁的各种裂纹，成为了箱梁制梁场技术人员研究攻关的主要课题。

一、裂纹的分类及原因分析

根据裂纹的成因分类，可分为外因裂纹（主要是机械力导致的裂纹）和内因裂纹（裂纹内部各种因素导致的裂纹）。外因裂纹较多见，其因果关系简单明确；内因裂纹较为复杂，一条裂纹的产生往往是多种因素作用的结果。

1、外因引起的裂纹

1.1拆模过程产生的裂纹。拆模引起的裂纹是最常见的外因裂纹，主要包括拆除端、侧模模裂纹。混凝土强度没达到设计拆模强度就进行拆模易产生掉角、撕裂；箱梁在初张拉后经过提梁机吊出模型时，若提梁机司机操作不当，起升速度不同步，侧模及侧模角模处向上顶撞箱梁翼缘板，侧模及底模连接处向外顶撞箱梁下翼缘，极易使箱梁造成出现纵向裂纹。设计模型时将侧模上角模设计向外倾斜1-2mm，角模与侧模连接处凹角做成圆弧，既有利于脱模也可避免此类裂纹，设计侧模与地模连接处凹角做成圆弧，同时吊梁出侧模时保证起升同步。

1.2预应力施工过程中的裂纹。梁体预初张以后梁体会发生压缩并起拱，造成端部集中受力，在梁体端部为35 mm 保护层，应力集中在此处并且梁体压缩位移，从而导致混凝土在保护层与钢筋结合处开裂；另外箱梁底板预应力成孔橡胶管在混凝土浇筑过程中由于固定不牢固上浮，造成孔道上拱，张拉时钢绞线在底板产生压力造成底板纵向裂纹。

1.3养护施工过程中的裂纹。夏季气温最高时期，用从地下水对梁面洒水养护，造成梁体表面细微裂纹。保湿养护用水温度应与梁体表面温度差小于设计要求。

1.4存梁、移梁、运梁过程中引起裂纹。移梁或存放不当造成存梁时箱梁支点四点位于同一平面，误差不超过设计要求，否则导致支座板处多处纵向裂纹。吊梁和存梁时，梁端悬出长度超过允许值，可造成梁中部桥面板横向裂纹，这类情况非常罕见。

1.5静载试验引起裂纹。某些施工水平差的现场预制箱梁单位生产的桥梁，由于箱梁预应力施工工艺不准问题造成预应力钢绞线实际预施应力未达到设计要求，在静载试验加载等级K≦1.2时，箱梁梁体下缘底面发现受力裂纹或下翼缘侧面受力裂纹延伸至梁底边，判定箱梁静载试验不合格。静载引起裂纹一般出现在跨中8米附近，由下翼缘的侧面（包括倒角和圆弧过渡段）逐渐延伸至梁底。通桥（2008）2322A-Ⅱ设计的简支箱梁，由于设计安全系数储备大；较少出现静载裂纹；此类裂纹在静载试验完成卸载后完全闭合。

2、内因引起的裂纹

2.1收缩裂纹。此类裂纹典型的情况有顶板上表面的平行线状细裂纹，封端混凝土养护不及时产生的龟裂。混凝土收缩裂纹发生在混凝土凝固过程期间，此期间，混凝土由于表面蒸发和水化反应不断失水，总体积减小。而此过程是由表面逐步扩展到内部的，在混凝土内呈现含水梯度，因此产生表面收缩与内部收缩的不均匀收缩，致使表面上承受拉力，内部混凝土承受压力，当混凝土表面产生的拉应力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。减少其裂缝宽度和条数的方法是在混凝土强度较低时对出现的可塑裂纹二次抹光压面，消除初始收缩应力，然后按规定要求保湿养护保证混凝土强度增长。对混凝土完成浇筑后贴一层塑料薄膜并做好保温有效消除此类裂纹。

2.2温度裂纹。温度裂纹常表现为箱梁腹板上部和翼缘板裂纹，箱梁翼缘板裂纹一般为腹板裂纹的延伸。如果拆模前停止蒸养的时间太短使拆模时梁温过高，环境湿度又小；环境温度很低或很高（严冬或盛夏）、梁体洒水方法不当；箱梁顶板、侧面受太阳暴晒后或突遭冷空气侵袭可导致结构外表面温度突然下降；拆模后早期张拉前停放时间过长未及时施加适当的预应力等往往都会产生温度裂纹。预防的方法：一是保证拆模前停汽时间；二是在强光照或者大风天气做好改好养护棚并用保温篷布对箱梁进行遮盖；三是注意正确的洒水养生，但如发现梁温过高不要马上洒水，更不能先洒腹板部位；四是拆模后及时施加适当预应力，包括刚发现裂纹时。若在梁端部添加钢筋网，也可有效阻止梁端部裂纹。

2.3 构造裂纹：箱梁生产过程中，由于设计缺陷导致的梁体裂纹主要有底板端部倒角裂纹和吊点孔倒角裂纹。当箱梁底板端部倒角筋设置数量、位置不满足要求时，箱梁底板端部倒角容易产生沿下倒角的纵向裂纹，有时裂纹会发展到梁端部；另外箱梁底板区域内预应力与箱梁腹板区域内预应力存在较大差值时，梁体终张拉完成后，箱梁的底板压缩量与腹板压缩量存在较大差值，在箱梁底板端部倒角位置产生一个剪切变形，也可导致底板端部倒角裂纹。另当箱梁吊装孔倒角受力钢筋设置数量偏少、位置不正确时，梁体在吊运过程中易出现沿吊装孔倒角的纵向裂纹。以上两种裂纹预防主要靠增加构造筋来预防。

二、裂纹的修补方法

检查混凝土结构裂纹情况，进行跟踪观测并做好记录，确定裂纹的类型、宽度、深度，并对宽度大于等于0.1mm的裂缝进行宽度、长度统计和编号，绘制裂缝分布图。组织技术人员确定修补方案，一般情况下细微裂缝可以采用涂膜封闭法修补；大于0． 2mm 的裂纹应将裂纹凿开，进行开槽处理，宜采用开槽填补法修补（开槽处应对混凝土结构无损伤）；另外对宽度较小的裂纹可以采用低压注浆法修补。所用材料和配合比由试验室试验确定。

预制箱梁裂纹修补方法参照以下施工流程实施：裂缝检查→裂缝表面清理→封缝胶配制→粘贴注浆嘴→裂缝封闭→注浆胶配制→注浆（同时进行密封检查）→拆除注浆嘴→表面清理。

三、结语

本文简单的对现场预制时速350公里客运专线铁路无碴轨道简支箱梁的各种裂纹从施工角度进行了归类，分析裂纹产生的原因，分享预防裂纹的方法，最后简单介绍了裂纹处理的方法。

参考文献：

[1]TB/T3228-2010 铁路混凝土结构耐久性修补及防护[S]