高速公路预制丁梁早期开裂机理及施工技术

唐双美

摘要：在高速公路工程的施工过程当中，预制T梁裂缝是一种非常常见的问题，为了使得整体施工质量得到充分的保证，相关技术人员认真分析预制T梁的早期开裂机理，并根据实际情况提出应对措施。本文主要以某一工程为例，对预制T梁的早期开裂机理进行了详细的分析，并对其预防措施进行了探讨，希望为我国高速公路预制T梁的早期开裂预防提供一定的借鉴。

关键词：高速公路；预制T梁；早期开裂原理；施工技术

在高速公路的建设过程当中，预制T梁的早期开裂问题非常普遍，但又难于解决，在施工当中，施工人员以及技术人员往往关注较多的是原材料的质量问题以及混凝土的配比、养护问题等原因，而忽视了温度对T梁所产生的不利影响，对温度应力是T梁早期开裂的主要原因更是知之甚少。

一、工程概况

某高速公路TJ-3标段全长lOkm，主要工作量为：路基（6590m）土石方共508.9万m3，其中挖方289万m3，填方269.4万m3；桥梁1840m/8座，其中大桥1750m/5座，中桥90m/3座；涵洞14座。标段内40mT梁618片，20m箱梁35片。在T梁的施工过程当中，有23片都发生了很多条贯穿性的竖向裂缝，并且主要分布在梁中腹板的位置上，裂缝的宽度在0.1mm到0.6mm之间，如图1所示。

在高速公路施工当中，引起预制T梁产生裂缝的因素有很多，在经过对裂缝以及工程情况的分析之后，基本上已经排除了结构的设计以及地基沉降、浇筑振捣、侧模支撑等因素，认为预制T梁出现早期开裂的最主要的原因是夏季施工天气炎热，所使用的原材料质量不高，并且后期养护做的不到位。因此，工程项目部尽量将预制T梁施工工序放到了晚上，并且适当的降低了水泥的掺入量，并将水泥入机时的温度控制在了500C以下，其次，在砂石仓的上部设置了一个防晒棚，定期对其进行喷淋降温处理，使混凝土在入模时的温度保持在35℃以下，另外，还安排了养护人员对其进行二十四小时的连续养护。为了使得该项目顺利进行，还需要对T梁的早期开裂机理进行更为细致的分析。

二、高速公路预制T梁早期开裂的机理分析

（一）裂缝成因的初步分析

在高速公路建设过程当中，预制T梁发生早期开裂主要是因为混凝土发生的稳定应力以及收缩力的作用。混凝土在发生收缩时通常有化学收缩以及塑性收缩、碳化收缩等等，其中，化学收缩指的是水泥会在梁体发生硬化的过程当中与水发生一定的化学反应，继而产生一定的收缩，虽然化学收缩无法控制，但收缩量较小，因此，不会引起T梁的早期开裂现象。塑性收缩是在梁体硬化之前发生的体积收缩，通常出现在混凝土的表面，不会形成贯穿性的裂缝，因此，该工程T梁早期开裂的原因不是塑性收缩。碳化收缩指的是当外界湿度在百分之五十五左右时，水泥的水化产物会与空气当中的二氧化碳发生一定的化学反应，进而引起混凝土的收缩，该收缩通常发生在混凝土硬化的中后期。在实际的高速公路工程当中，贯穿性裂缝通常发生在混凝土硬化后的六小时到二十四小时之间，所以，引起T梁早期开裂的一个主要原因就是混凝土的收缩。

在内外界温度发生变化时，T梁会收缩或者是膨胀而受到外界的约束作用，进而产生的应力就是温度应力。在预制T梁收缩时，温度应力表现为拉应力，可以在Z轴方向上进行随意的收缩，并不会引起T梁裂缝的出现，但在X轴方向上会出现大幅度的收缩，一旦拉应力比梁体强度还要大的时候，就会引起竖向裂缝的出现。当预制T梁膨胀时，温度应力表现为压应力，但与混凝土抗压强度相比可以忽略，而且也不会引起T梁裂缝的出现。

由于跨中腹板位置处的混凝土较薄，而且钢筋的水平间距也较大，所以，非常容易出现竖向的裂缝，因此可以推断出，预制T梁发生早期开裂的又一个原因是稳定应力的作用。

（二）预制丁梁实际温度测试

在对该工程预制T梁进行温度测试之后得知，在梁表面具有11℃的温度差，端头中心处的最高温度达到了90℃，跨中腹板中心处的最高温度达到了60℃，在浇筑完毕混凝土的八小时到二十小时之后，二者的温度差在5℃以上。通过查阅相关资料后得知，在预制T梁收缩降温时，若是温度差在26摄氏度以上，混凝土就会形成比混凝土抗拉强度还要大的拉应力，从而使得T梁出现早期开裂现象。在该工程浇筑混凝土后的八小时到二十小时之后，T梁中部腹板的地方出现了三条竖向的裂缝，因此可以得出以下结论：预制T梁出现早期开裂现象的最主要原因是横轴方向上产生了温度应力，当横轴上的温度差在25℃以上时，T梁就会出现开裂的趋势。

三、高速公路预制T梁早期开裂的预防措施

（一）加入缓凝剂

在实测该工程中预制T梁的温度之后得知，混凝土的初凝时间为两个半小时，比浇筑当中的要求要低得多，这时T梁的下部己经开始变硬，而对上部进行混凝土的振捣等作业时就会给下部结构造成一定的损坏，进而影响到整个梁体结构的质量。在混凝土当中加入适量的缓凝剂之后，混凝土的初凝时间就会适当的延长一些。在该工程所用混凝土当中加入缓凝剂之后发现，在浇筑完毕三个小时之后，T梁才开始有温度的变化，而且中心位置上的最高温度有所下降。这是因为在混凝土当中加入缓凝剂之后，缓凝剂当中的氨基分子以及羧基、羟基分子极易与水分子发生络合反应，使得水泥表面形成一层溶剂化的水膜，延缓了水泥的水化现象。在水泥发生了水化之后，缓凝剂当中的羟基便会与水化产物形成一种络合物，在一定程度上使得水泥的水化速度有所降低。总的来说，就是整个预制T梁的水化热量不会改变，但混凝土的升温速度会明显加快，散热时间也会明显的加长。在对加入缓凝剂的预制T梁后期检测当中发现，有一部分的梁体并为出现早期开裂现象，但还是有个别梁体出现了早期的开裂，因此，向混凝土当中加入缓凝剂并不能从根本上预防预制T梁的早期开裂。

（二）更换水泥

在该工程当中，为了满足预张拉力的具体要求，所选用的水泥为强度较高的P·Ⅱ52.5R水泥，该水泥具有很大的水化热，放热速度也较快，对梁体内外温度差的控制基本上沒有办法实现。而P·042.5R水泥则具有较低的水化热，放热速度也较慢，在控制梁体内外温差时较为简单。通过对两种水泥预制的T梁温度实测之后得知，二者温度差最高达到了8℃，这也就说明在进行温度控制时P·042.5R水泥更胜一筹，但是直接将水泥换成P·042.5R类型之后，会对梁体的强度造成影响。在分析之后得知，在相同的氧化条件之下使用P·042.5R水泥，然后再对梁体进行养护之后发现，梁体的抗压强度有所增强。因此可以得出以下结论：降低水泥强度之后并不会给梁体的抗压强度造成不利的影响。

（三）其他措施

在预防预制T梁出现早期开裂时，还可以采取以下几点措施：第一，采用钢模结构的底模，要保证底模表面的光滑度以及平整度，并在底模上进行两次脱模剂的涂抹，将梁底的摩擦力降到最低，给T梁的自由伸缩创造更多的有利条件。第二，脱模之后在预制的T梁中间位置上覆盖上一层土布，并且要用喷淋雾进行洒水，梁体的两端位置直接进行淋水即可，以减少横轴方向上产生的温度应力。第三，在拌制混凝土时向其中加入适量的钢纤维或者是聚丙烯纤维，这样可以使混凝土的抗裂性能得到有效的增强。第四，对施工原材料进行喷淋操作，己达到降温的目的，在进行混凝土搅拌的地方要安装一个水冷却系统，并且在夜间进行施工，将混凝土的入模温度控制在30℃以下。

四、结束语

综上所述，可以得出以下几个结论：第一，导致预制T梁出现早期开裂现象的主要原因是预制T梁的横轴方向上产生了温度应力，当梁体长度方向上的温度差在25℃及以上的时候，梁体就会出现早期的开裂现象；第二，可以通过更换低水化热的水泥，并在混凝土当中加入缓凝剂的方式来有效的降低梁体横轴方向上产生的温度应力，进而有效的预防预制T梁的早期开裂问题。

参考文献：

[1]薛冬桦，吴洪发，孙国英，等.生物基减水剂对水泥水化进程影响及减水机理[J].建筑材料学报，2013，16（2）：185-190.

[2]郝文彬.高速公路预制T梁早期开裂机理及施工技术[J].四川建材，2017，43（12）：142-143.

[3]丁新榜，胡利平.预制T梁早期裂缝的成因分析与预防措施[J].广东公路交通，2017（02）：42-45.

[4]姜增国，姜川，郭玉峰，等.预制混凝土T梁早期裂缝原因分析[J].武汉工程大学学报，2012，34（5）：23-26.

[5]薛冬桦，吴洪发，孙国英，等.生物基减水剂对水泥水化进程影响及减水机理[J].建筑材科学报，2013，16（2）：185-190.