铁路预制箱梁混凝土裂缝成因及防治措施

杨擎天

（中铁建大桥局集团株洲桥梁有限公司， 湖南 株洲 412000）

1 工程概况

新建郑州至万州铁路湖北段站前工程ZWZQ-5 标段，起讫桩号为DK426+741.787～DK461+845.429，总长度35.1km。根据项目施工需求预制箱梁为重点内容，于麻竹高速南侧建设制梁场，用于生产施工所需的预制箱梁。

2 裂缝的类型

（1）浅裂缝主要集中在梁端、腹板处，此类型裂缝宽度普遍在0.1mm内，但因结构、受力等方面的不同所产生的长度存在差异。

（2）梁面龟裂，主要呈网状裂缝，其分布缺乏规律性，具有横竖交错的分布特点。

（3）横向裂缝，主要集中在预制箱梁拉毛部位，从分布特点来看与钢筋方向具有较明显的平行关系。

（4）泄水孔周边裂缝，最初源自于泄水孔处，以此为基点逐步向外延伸。

（5）此外，预制梁的四周由于较脆弱且受力较大，因此各棱角处易产生裂缝，各处裂缝的大小不均。

3 裂缝成因分析及预防措施探讨

预制箱梁多使用混凝土材料，受材料特性、外界荷载等方面的影响而产生裂缝[1]。具体而言，因外荷载的存在而形成裂缝可称为结构性裂缝，主要与结构承载力偏低有关；因变形而形成裂缝统称为非结构性裂缝，即构件的变形受到限制，导致其内部形成极为明显的自应力，该值超出混凝土允许应力时直接导致结构异常，发生开裂现象。

3.1 养护不到位

拆模后应以合理的方式做好养护工作，若养护工艺不当或龄期不足会导致混凝土强度上升持续时间过长、强度偏低。受到养护工作不及时的影响，高温天气下明显加快了混凝土失水速度，使其表面含水量偏低，由此形成干缩裂缝。

具体原因：（1）拆模结束直至养护阶段的间隔时间过长，混凝土结构未得到及时的洒水养护且龄期偏短；（2）受夏季高温天气的影响导致水分大幅度蒸发；（3）土工布铺设不当，难以实现与箱梁腹板的连接，导致腹板处湿润度不足。

防治措施：（1）引入全断面喷淋法，全面确保箱梁养生效果，合理布设喷淋养生管，将其置于腹板两侧及箱室内，依据特定的频率喷淋养护；（2）使用土工布完整包裹箱梁，根据养护需求搭建支架，确保土工布与腹板达到紧密贴合的效果，实现持续性保湿；（3）安排专员养护，每位人员负责10 片箱梁，设置养生牌并标注信息，如养护责任人、龄期等；（4）加强对养护人员的技术培训，定期巡检；（5）配置加压装置，调整管内压力使其维持相对稳定的状态，不可低于3 个大气压，以便给喷淋作业提供压力支持。

3.2 温度变化

施工现场的温度对预制箱梁质量具有明显影响[2]。若外界温度处于较低水平，此时由于混凝土内部发生明显的水化热现象，导致箱梁内外部温差加大，形成明显的温差应力，从而导致混凝土开裂。从具体成因来看与混凝土材料的特性有关，由于其具有热胀冷缩的特点，因此在箱梁内外部温度缺乏均衡性时将导致混凝土结构变形，此过程中若存在明显约束力，结构内部的应力随之增加，该值超混凝土材料所具备的抗拉强度时引发质量问题，即形成温度裂缝。不同于其他类型裂缝的是，温度裂缝最直接的成因在于温度的异常变化，具体又与温差、水泥水化热、养护不当等因素有关。经验表明日照和突发性降温是最为主要的原因。图1为梁体裂缝图。

图1 梁体裂缝

防治措施：针对现场温度偏低的情况，需在砼浇筑前通过加热的方式提高模型温度，确保其至少达10℃，以蒸汽加热的方式较为可行。砼浇筑施工通过龙门吊辅助，入模温度≥10℃，遵循边浇筑边覆盖的原则。对于预制梁的养护工作较可行的是蒸汽养护方式，湿度维持在90%左右，避免温度急剧变化，升温及降温速率要稳定在10℃/h 内。

3.3 其他原因

（1）混凝土拌和时所选用的配比不当，诸如含泥量大、水泥用量过多，此时混凝土伴随极为明显的水化热现象，外部温度与之存在明显差异，随之形成温度裂缝或与混凝土收缩有关，此时易形成干缩裂缝；（2）施工所用混合料和易性差或未采用正确的浇筑方法，由此带来混凝土离析现象，而在混凝土水化过程中若缺乏控制措施将形成干缩裂缝；（3）缺乏正确的施工组织计划，浇筑作业持续性不足，在间隔时间过长的情况下极容易超过混凝土初凝时间，后续恢复施工时结合区域产生冷施工缝，存在明显的渗水现象；（4）拆模时间偏早，导致混凝土不具备足够的强度，此条件下因自重及撞击等外力作用而出现裂缝。

防治措施：（1）根据施工要求优化配比，优先选择低热水泥，在确保混合料整体性能的基础上减少水泥用量；（2）定期检测砂子含水率，以所得结果为准灵活调整加水量，以免出现混凝土离析现象；浇筑过程中调整好料斗位置，该装置底部高于梁顶的部分控制在1m 内，各层浇筑厚度要具有均匀性且不可超过30cm，振捣过程中设备深入下层10cm；（3）优化施工工序，若遇到夏季高温施工环境，较合适的是傍晚等低温时段浇筑，确保搅拌站的生产能力，维持浇筑作业的持续性；（4）以现场天气为依据，创建各条件下的混凝土强度增长曲线，进一步确定合适的箱梁拆模时间；（5）结束混凝土浇筑后做好优化工作，顶板收面至少两次，并选用土工布覆盖使其与顶板紧密贴合，最大限度减少顶板失水量；结束拆模作业后，土工布完整包裹箱梁并适当洒水（考虑到拆除初期存在较明显水化热的问题，不可使用温度偏低的地下水，否则易加快混凝土降温速度，使其在短时间内急剧降温并引发结构内外部温差），确保混凝土表面维持相对湿润的状态；（6）调整模板结构，不可存在截面突变问题，并注重对非连续端底部模板的分析，采取优化措施。

3.4 混凝土裂缝的治理

细微裂缝的影响程度较弱，通常可自愈，几乎不会对结构的正常使用造成负面影响。从美观的角度来看需全面清理裂缝表面，在该处刷涂环氧树脂，再涂抹适量调色料，确保该修补区域的颜色与周边衬砌颜色相同。部分裂缝较为明显，其宽度达0.2mm 或更大，此时将裂缝周边5cm 区域清理干净，使用酒精深度清洗后再均匀刷涂丙酮，随后涂抹环氧树脂，于该结构层上铺玻璃布，最后再刷涂环氧树脂。应注意的是玻璃布的质量控制较为关键，需将其置于浓度为5%的纯碱水中给予一段时间的脱脂处理，再转移到清水中清洗，经过烘干后消除其残留的水分。

4 结束语

预制箱梁质量问题中以裂缝较为常见，作为一种普遍性现象需以合理的方式减少甚至避免。裂缝直接降低结构抗渗能力，不利于正常使用，加剧内部钢筋锈蚀，施工中要从混合料配比、浇筑、振捣及养护等工作入手，尽可能消除裂缝，确保结构质量。