孫園林，謝欣欣，陸磊，墨紅超，陸俊俊

（江蘇中南建筑產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江蘇 南通 226018）

預(yù)制T梁裂縫分析、控制及處理

孫園林，謝欣欣，陸磊，墨紅超，陸俊俊

（江蘇中南建筑產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江蘇 南通 226018）

本文分析了非洲撒哈拉地區(qū)預(yù)制 T 梁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生裂縫的原因，介紹了裂縫控制措施及裂縫處理方法，對今后類似的項(xiàng)目具有指導(dǎo)和借鑒意義。

T 梁；裂縫；控制；處理

0 工程概況

毛里塔尼亞（Mauritanie）努瓦迪布（Nouadhibou）新礦石碼頭工程由引橋結(jié)構(gòu)和碼頭結(jié)構(gòu)兩部分組成（圖 1），其中引橋結(jié)構(gòu)長 800m，上部結(jié)構(gòu)由 62 根預(yù)制 T 梁（圖 2）和若干根矩形梁構(gòu)成。預(yù)制 T 梁長 30.5m，高 1.65m，翼緣寬1.5m，端部及梁底寬 0.84m，腹板厚 0.33m。

圖 1 努瓦迪布新礦石碼頭工程

圖 2 T 梁橫斷面和立面圖

1 混凝土配合比及性能

混凝土采用自有拌合站生產(chǎn)的 C 5 0 混凝土，其中減水劑采用C I M F L U I D 2 0 3，緩凝劑采用CIMAXTARD2121 ?；炷僚浜媳群凸ぷ餍阅芊謩e見表 1、表 2。

表 1 C50 混凝土配合比 kg/m3

表 2 C50 混凝土工作性能

2 施工情況

2011 年 9 月 16 日上午 6:20～9:45 澆筑第一根預(yù)制 T梁。澆筑期間氣溫 21～24℃，混凝土坍落度 120～160mm，澆筑方式為水平分三層澆筑，模板采用組合鋼模。2011 年 9月 18 日拆模后，發(fā)現(xiàn)在 T 梁中部（距離一端 14.30m 處）的腹板有一條豎向的貫穿裂縫，裂縫上至翼緣板下部，下至馬蹄結(jié)構(gòu)上部（圖 3）。

圖 3 T 梁裂縫

3 原因分析

T 梁裂縫的出現(xiàn)引起項(xiàng)目部的高度重視，由項(xiàng)目經(jīng)理組織技術(shù)負(fù)責(zé)人、質(zhì)量負(fù)責(zé)人、試驗(yàn)室負(fù)責(zé)人、拌合站負(fù)責(zé)人、混凝土工長等相關(guān)人員召開 T 梁裂縫專題會議，分析 T梁裂縫出現(xiàn)的原因，并制定相應(yīng)的應(yīng)對措施。

一般地，將混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫。后者主要是由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起的結(jié)構(gòu)變形，當(dāng)變形受到約束時，在構(gòu)件內(nèi)部便產(chǎn)生自應(yīng)力，當(dāng)自應(yīng)力超過混凝土自身抵抗能力即抗拉強(qiáng)度時，便會引起混凝土開裂。本工程裂縫在混凝土施工期間產(chǎn)生，應(yīng)屬后者。

經(jīng)過項(xiàng)目部專題會議的分析和討論，認(rèn)為可能導(dǎo)致 T 梁出現(xiàn)裂縫的原因如下：（1）混凝土配合比和混凝土原材料原因；（2）混凝土施工原因；（3）臺座不均勻沉降原因；（4）T 梁腹板處構(gòu)造鋼筋配筋不足；（5）混凝土養(yǎng)護(hù)原因。

3.1 混凝土配合比和原材料原因

3.1.1 水灰比

從混凝土微觀結(jié)構(gòu)來看，一般裂縫的出現(xiàn)都與混凝土的收縮有關(guān)。研究表明，混凝土在凝結(jié)硬化過程的初期，會發(fā)生干燥收縮和自收縮。干燥收縮的大小一般與水灰比成正比，水灰比越大，干燥收縮量越大。自收縮的大小一般與水灰比成反比，水灰比越小，自收縮的量越大，自收縮現(xiàn)象在高強(qiáng)高性能混凝土中尤為明顯。而水灰比的大小又與混凝土強(qiáng)度有直接的關(guān)聯(lián)，一般而言，混凝土的強(qiáng)度隨著水灰比的增大而降低。因此，應(yīng)該充分考慮混凝土強(qiáng)度、干燥收縮、自收縮等因素的情況，合理選定水灰比值。

本工程使用的 C50 混凝土的水灰比為 0.40，符合本工程技術(shù)條款中水灰比不大于 0.45 的規(guī)定，且強(qiáng)度、和易性均能滿足本工程技術(shù)條款和工程施工的要求，因此本工程使用的C50 混凝土的水灰比合理。

3.1.2 水泥用量

溫度裂縫是混凝土裂縫中的常見類型，它是由混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力引起的。在混凝土凝結(jié)硬化過程中，由于水泥水化放熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度升高，而混凝土結(jié)構(gòu)中心的熱量比表面的熱量散發(fā)更加緩慢，從而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生內(nèi)外溫差，混凝土內(nèi)外溫差較大時，會使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，從而使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。水化熱隨著水泥用量的增加而增大。因此，水泥的用量也對混凝土裂縫產(chǎn)生很大的影響。

本工程使用的C50混凝土的水泥用量為 434kg/m3，符合本工程技術(shù)條款中水泥用量不少于 400kg 的規(guī)定，同時也符合 GB/T50476—2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》中 B.1.1條，C50 混凝土單位體積膠凝材料最大用量 480kg 的規(guī)定，且強(qiáng)度、和易性均能滿足本工程技術(shù)條款和工程施工的要求，因此本工程使用的 C50 混凝土的水泥用量合理。

3.1.3 水泥品種

水泥品種選擇不當(dāng)也會造成混凝土的早期開裂，每種類型的水泥放熱量不一樣，主要與水泥熟料中的礦物成分的含量和比例有關(guān)。應(yīng)盡量選擇水化熱低的水泥如粉煤灰水泥、礦渣水泥和火山灰水泥等，或者直接選用中熱或低熱水泥，以減少水泥在水化過程中釋放的熱量，降低出現(xiàn)溫度裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。

本工程使用的 C50 混凝土的水泥為法標(biāo) CEMI 型水泥，符合本工程的技術(shù)條款要求該預(yù)應(yīng)力 T 梁必須選用法標(biāo) CEMI型水泥的規(guī)定，且水泥的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合法標(biāo) EN197-1 規(guī)范規(guī)定。 CEMI 52.5N 水泥物理力學(xué)性能見表 3。

表 3 CEMI 52.5N 水泥物理力學(xué)性能

3.1.4 骨料

在混凝土微觀結(jié)構(gòu)中，水泥石收縮遠(yuǎn)大于骨料的收縮，因此通過合理摻配骨料，達(dá)到最優(yōu)級配，來減少混凝土中的水泥漿量，從而減少混凝土的收縮值。

骨料表面的泥阻礙水泥石與骨料之間膠接的充分發(fā)展，降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度。

骨料中的活性成分與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土內(nèi)部自膨脹應(yīng)力而產(chǎn)生開裂的現(xiàn)象。本工程出現(xiàn)的裂縫雖然不是由堿骨料反應(yīng)引起，因?yàn)閴A骨料反應(yīng)需要在幾年甚至幾十年才會出現(xiàn)，但是從長遠(yuǎn)角度考慮，也應(yīng)該引起注意。

本工程使用四種粒徑骨料，分別是10～20mm 石子、5～10mm 石子、2～5 人工砂、細(xì)砂，通過計(jì)算分析來確定四種骨料的摻配比例及用量，達(dá)到了最優(yōu)級配，且骨料的相關(guān)性能如含泥量、針片狀含量、強(qiáng)度、骨料堿活性等指標(biāo)均滿足 JGJ52—2012《普通混凝土用砂石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定。

3.1.5 外加劑

外加劑的使用不當(dāng)也可能造成混凝土開裂。一般使用的減水劑中常含有一定量的早強(qiáng)劑成分，這樣加快了水泥的水化過程，增大了早期水化熱，容易導(dǎo)致溫度裂縫的出現(xiàn)。 如有條件應(yīng)選用緩凝型的減水劑，或者減水劑與緩凝劑同時摻加使用，以延緩水泥水化，推遲水化熱峰值，降低溫度裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。

本工程使用的外加劑為減水劑和緩凝劑，用量符合產(chǎn)品說明書的規(guī)定，且經(jīng)過試驗(yàn)，混凝土的強(qiáng)度、和易性、坍落度損失等指標(biāo)均符合要求。

3.2 混凝土施工原因

3.2.1 澆筑時間的選擇

掌握好澆注混凝土的時間對T梁裂縫的控制也很關(guān)鍵。因項(xiàng)目所在地位于撒哈拉大沙漠中，晝夜溫度差較大，一般而言，早晨澆注的混凝土比下午或晚上澆注的更易發(fā)生溫度裂縫。因?yàn)闈仓笏嚅_始水化、凝結(jié)和硬化，混凝土內(nèi)部溫度會升高， 而中午的環(huán)境高溫正好與其水化熱峰值重疊，中午 12 點(diǎn)至下午 15 點(diǎn)之間，混凝土內(nèi)部基本會達(dá)到溫度峰值， 而混凝土在此時已經(jīng)具有了一定的強(qiáng)度。到下午 17 點(diǎn)之后，環(huán)境溫度會急劇下降，造成混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，從而導(dǎo)致混凝土開裂。如果將混凝土的澆筑時間安排到下午或者晚上，澆筑之后環(huán)境溫度降低不僅有利于混凝土自身水化熱的快速散發(fā)，而且可以避免上午澆筑時，下午混凝土水化熱峰值與外界環(huán)境最高溫度重疊的情況，降低混凝土中心的溫度峰值，從而減小即將出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。

本工程第一根 T 梁澆筑時候?yàn)樯衔?6:20～9:45，非最佳澆筑時間，因此有待調(diào)整。

3.2.2 澆筑順序和步驟

本工程編制的施工方案規(guī)定澆筑方法為：水平分三層澆筑，由一端向另一端推進(jìn)，待第一層澆筑完成后，返回至起始端，再澆筑第二層，第二層澆筑完成后，再澆筑第三層。第一層澆筑至馬蹄部位，第二層澆筑至腹板和翼板的分界線，第三層澆筑至翼緣板頂。

而實(shí)際施工時，第一層由 A 端澆筑至 B 端，第二層卻是由 B 端澆筑至 A 端，第三層再由 A 端澆筑至 B 端。這樣的話，有可能會造成第二層澆筑至 A 端時，A 端的第一層混凝土已經(jīng)初凝，上下兩層混凝土之間的粘結(jié)力不一致，第二層和第三層混凝土同樣如此。當(dāng)每層混凝土之間的粘結(jié)力不一致，而當(dāng)混凝土出現(xiàn)收縮變形時，變形受到的約束不一致而產(chǎn)生應(yīng)力不均勻，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

3.3 臺座不均勻沉降原因

T 梁長度 30.5m，臺座的不均勻沉降也很容易導(dǎo)致 T 梁出現(xiàn)裂縫。這主要是由于臺座的地基未壓實(shí)，或臺座配筋不足或混凝土強(qiáng)度不夠引起。

實(shí)際上，臺座地基為堅(jiān)硬的砂巖，先在砂巖上澆筑 10cm厚的 C25 素混凝土墊層，在墊層上再澆筑 16cm 厚的 C25 鋼筋混凝土臺座。并且場地的排水也很暢順，因而也可排除因臺座的不均勻沉降所造成。

3.4 T 梁腹板處構(gòu)造鋼筋配筋不足

腹板處混凝土只有厚 33cm，且此處的縱向構(gòu)造鋼筋直徑為 12mm，縱橫向間距均為 200mm。從裂縫控制角度來看，此處混凝土厚度最薄，并且配筋較稀，混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂能力最低，但結(jié)構(gòu)受到收縮應(yīng)力時，裂縫最容易出現(xiàn)在該部位。

從裂縫控制的角度，腹板處的構(gòu)造鋼筋最好細(xì)而密。因此，通過與設(shè)計(jì)、業(yè)主、監(jiān)理溝通，我們決定在 T 梁的腹板處，增加構(gòu)造鋼筋的數(shù)量。

3.5 混凝土養(yǎng)護(hù)原因

混凝土養(yǎng)護(hù)不及時極易造成混凝土表面失水過快，而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生干縮變形，最終導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫?；炷恋氖俾什粌H取決于構(gòu)件表面積、溫度、濕度、風(fēng)速等，還與混凝土保溫保濕養(yǎng)護(hù)有關(guān)。

本工程混凝土養(yǎng)護(hù)采用表面覆蓋毛氈并澆水養(yǎng)護(hù)。由于白天陽光直射，并且白天經(jīng)常風(fēng)速很大，應(yīng)采取措施降低新澆混凝土表面的水份蒸發(fā)。

3.6 約束作用

當(dāng)混凝土構(gòu)件的收縮變形受到約束時，在構(gòu)件內(nèi)部便產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過混凝土自身抵抗能力即抗拉強(qiáng)度時，便會引起混凝土開裂。對于 T 梁而言，約束主要來自梁底與臺座的摩擦。在 T 梁收縮變形的過程中，由于 T 梁兩端寬度大、重量大，受到臺模的摩擦阻力大，相當(dāng)于 T 梁兩端固定，中間拉伸，導(dǎo)致在梁跨中最薄弱處的腹板處產(chǎn)生裂縫。

因此，應(yīng)采取措施，避免因約束原因而產(chǎn)生裂縫。

4 T 梁裂縫的預(yù)防措施

通過上述分析，項(xiàng)目部采取以下措施來防止裂縫的產(chǎn)生：

（1）混凝土澆筑時間改成晚上 18:00 至 21:30，避免白天環(huán)境溫度的影響。圖 4 即為工人夜間 T 梁混凝土澆筑施工場景。

圖 4 夜間 T 梁混凝土澆筑施工

（2）澆筑方法嚴(yán)格按照本工程編制的施工方案執(zhí)行，即水平分三層澆筑，由一端向另一端推進(jìn)，待第一層澆筑完成后，返回至起始端，再澆筑第二層，第二層澆筑完成后，再澆筑第三層。第一層澆筑至馬蹄部位，第二層澆筑至腹板和翼板的分界線，第三層澆筑至翼緣板頂。

（3）在 T 梁的腹板處，每邊增加六根直徑 12mm 的構(gòu)造鋼筋，每根長度 12m，以增強(qiáng)腹板處混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂能力。

（4）在每根 T 梁上方和四周設(shè)置一個遮陽蓬, 避免陽光對混凝土表面的直射，如圖 5 所示。這樣不僅降低了混凝土表面的溫度，同時也避免了因溫度升高或大風(fēng)的影響造成混凝土表面的水份的過快蒸發(fā)。白天對每根 T 梁三個小時灑水養(yǎng)護(hù)一次，同時保持地面的濕潤，以保證有足夠的養(yǎng)護(hù)濕度。

圖 5 T 梁上方和四周設(shè)置遮陽蓬

（5）保持臺座上的鋼底模平整光滑，并定期打磨，側(cè)模合模前必須對剛底模均勻涂刷脫模劑，并盡快澆筑混凝土。如推遲澆筑混凝土，應(yīng)采取必要的覆蓋保護(hù)措施，避免灰塵雜物等進(jìn)入模板內(nèi)，污染脫模劑。如合模后長時間不澆筑混凝土，到澆筑混凝土前必須重新拆開側(cè)模，對鋼底模和側(cè)模重新涂刷隔離劑。

5 結(jié)果

項(xiàng)目部充分吸取第一根 T 梁的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，采取上述措施，并精心組織施工，取得了很好的效果。2011 年 9 月 19 日澆筑第二根 T 梁，至 2011 年 12 月 31 日澆筑最后一根 T 梁，均未再出現(xiàn)裂縫。

6 裂縫處理

通過與業(yè)主、監(jiān)理工程師溝通討論，三方達(dá)成一致意見，即在第一根T梁張拉后，對裂縫采取環(huán)氧樹脂封堵法處理。

在張拉前后，我們還對裂縫寬度變化進(jìn)行了測量（見圖 6），結(jié)果顯示，T 梁張拉前后，兩側(cè)的裂縫分別縮小了0.170mm 和 0.115mm。

圖 6 T 梁裂縫寬度變化監(jiān)測

T 梁張拉完成后，先對兩端進(jìn)行封錨處理，之后再進(jìn)行裂縫處理。裂縫處理時，先用切割機(jī)將裂縫擴(kuò)大成一條寬15mm、深 30mm 的 U 型槽（見圖 7），用清水將其清洗干凈，待其干燥后采用環(huán)氧樹脂（SIKA42S 材料）灌注（見圖8），待環(huán)氧樹脂最終凝固硬化后，對表面做適當(dāng)?shù)拇蚰ヌ幚恚员ＷC表面光滑平整。

圖 7 T 梁裂縫表面開鑿 U 型槽

圖 8 T 梁裂縫環(huán)氧樹脂灌注

7 結(jié)論

預(yù)制 T 梁的裂縫問題，一直是困擾混凝土施工的一個技術(shù)難題。本文結(jié)合施工實(shí)例就預(yù)制 T 梁裂縫產(chǎn)生的原因做了詳細(xì)的分析，提出合理可行的預(yù)防措施控，并就裂縫的修補(bǔ)處理作了說明，對今后類似的項(xiàng)目具有指導(dǎo)和借鑒意義。

［通訊地址］江蘇省南通市崇川區(qū)中南世紀(jì)城 29 棟 7 層（226018）

Analysis, control and treatment of cracks of prefabricated T beam

Sun Yuanlin, Xie Xinxin, Lu Lei, Mo Hongchao, Lu Junjun
( Jiangsu Zhongnan Construction Industry Group Co., Ltd, Nantong 226018 China)

This paper analyzes the causes of cracks in production process of prefabricated T beam in sub-Saharan Africa and introduces measures of preventing cracks and treatment methods, it is a guide and reference for the future similar projects.

T beam; crack; control; treatment

孫園林（1976—），男，江蘇中南建筑產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司海外公司總經(jīng)理，高級工程師。