预应力混凝土T梁产生裂缝的原因及预防分析

预应力混凝土T梁产生裂缝的原因及预防分析

1 混凝土裂缝产生的原因分析

裂缝对混凝土外观质量来说是一种缺陷，有些裂缝影响外观质量，有些裂缝则直接影响构件的安全使用。混凝土出现裂缝是一个很普遍的现象，一般将其分为两类，一类是在外荷载作用下产生的裂缝，即结构性裂缝。另一类裂缝是由变形引起的，也称非结构性裂缝，产生这类裂缝的原因是由于混凝土变形得不到满足，在构件内部产生自应力，当该自应力超过混凝土允许拉应力时，导致混凝土开裂。预应力混凝土T梁产生非结构性裂缝的原因很多，如温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性、原材料不合格、模板变形、基座不均匀沉降、施工操作过程不规范等等。下面重点就温度对混凝土产生的裂缝进行分析。

2 温度对预应力混凝土T梁产生裂缝的原因

工程施工中，由于水泥用量多、水泥所释放出的水化热会产生较大的温度变化，同时又养护不到位，由此形成的温度收缩应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。

2.1 温度应力的形成过程

初期：从浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束一般约30d。这个阶段有两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土弹性模量急剧变化，由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。

中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止。这个时期温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相融合。在此期间混凝土上的弹性模量变化不大。

晚期：混凝土完全冷却以后温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相叠加。

2.2 温度产生裂缝的机理

混凝土浇筑完成后，硬化期间内部温度不断上升，由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度内高外低，形成了温度梯度，在表面T梁边缘产生拉应力，内部产生压应力；后期在降温过程中，由于受到基座约束，又会在混凝土内部出现拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝。

由温度所引起的湿度问题也很重要，许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化时，如养护不到位、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束也往往导致裂缝的产生。因此在高温条件下施工时，要特别注重混凝土的养护，防止由于混凝土外表面失水产生过多的裂缝。

在低温条件下施工时也要十分注重养护，避免由于冻融现象对混凝土造成的危害。早期拆除模板，表面温度下降很快，自然就引起温度梯度，从而在表面附加拉应力，并与水化热应力相叠加，再加上混凝土在不饱和空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水时，产生干缩，表面拉应力达到很大的数值，也非常容易产生裂缝。

3 温度产生裂缝的实例分析

在早晚温度变化比较大的地区施工时，应特别注意温度对于预应力混凝土T梁的影响，很可能在腹板处产生横向裂缝。在预制预应力混凝土T梁拆模后，腹板上陆续出现横向裂缝并发展。一般T梁裂缝分布情况有2种： ①为竖向裂缝仅分布在腹板上，并未延伸到马蹄或者翼板； ②为竖向裂缝为环向贯通裂缝，延伸到马蹄或者翼板。在先后通过对施工现场的混凝土质量、所用的施工工艺、同样的预制场地和温度的分析后，排除了前三种情况造成裂缝的可能，最终确定是由于温差过大导致裂缝的产生。

下面首先从预制预应力混凝土T梁产生的未贯通裂缝来看，裂缝分布在端横隔板和中横隔板之间，呈竖向平行，裂缝最高的在腹板与翼缘板交接处，最低的在腹板与马蹄交接处，而翼缘板和马蹄部分均未发生开裂。原因是混凝土浇筑完成后，夜间温度下降很快，温度的下降造成混凝土表面收缩。对翼缘板部分而言，由于其表面宽与外界接触面积大，同时翼缘板的厚度相对来说比较小，加上其位于结构最上方，表面与外界接触，湿度大，当温度下降时，翼缘板变形收缩小，且为整体收缩，所以未产生裂缝；对马蹄部分，其位于结构的最下端，底面与预制台座接触，底面受到预制台座的弹性约束，其横向宽度较腹板大，温度下降时，混凝土的收缩时受到底座的约束，马蹄受到温度的影响比腹板的要小，产生的拉应力不足以产生裂缝。温度下降时，腹板部分介于翼缘板与马蹄之间， 由于其湿度和温度未得到很好的保障， ，加上刚度较马蹄小，表面混凝土收缩时又受到马蹄部分及其内部混凝土的约束，表面混凝土产生的拉应力过大，因此将会产生裂缝。

4 预应力混凝土T梁产生纵向裂缝的影响

产生纵向裂缝的原因：

预应力混凝土T梁产生沿预应力束的纵向裂缝是一个比较普遍的问题，所产生的原因也多种多样，大概有以下几种原因：

1）施工偏差

在施工中预应力钢筋混凝土构件在规范规定的范围内可以有一定的偏差，但对于预应力混凝土T梁，因T梁下马蹄尺寸较小，马蹄部分配筋复杂，致使混凝土浇注时不容易振捣密实，从而成为薄弱环节，预应力T梁的容易产生纵向裂缝。并且在张拉预应力时，由于两端张拉难免会产生偏心的作用，同样也可能产生纵向裂缝。

2）设计偏差

设计中通常很关注混凝土梁体所需要的纵向预压应力是否足够，但在张拉后预应力钢束对因梁体上拱变形引起的反向作用力和纵向预压应力下混凝土因泊松效应在横向产生的拉应变的不利作用未进行专门考虑；另外，在设计时为了节约成本，减少材料用量和减轻结构自重，预应力T梁的下马蹄部分尺寸常常设计得较小，实际施工中的预应力管道的保护层厚度局部区段可能明显偏小，这也会导致保护层厚度不足从而引起T梁的纵向裂缝。当保护层厚度较薄时，一旦产生裂缝对预埋波纹管周边的混凝土会产生部分弯矩作用，对结构受力十分不利。

5 防止混凝土产生裂缝的措施

（1）在温差较大的预制场预制T梁时要注意温度或风力影响，做好保温养护工作。特别是浇筑完混凝土的最初几天更为重要。混凝土的养生应该同季节和天气结合起来，注意周围温度、湿度的变化，养护时保持湿度越高，气温越低，养护时间越长，则混凝土收缩越小。

（2）加密腹板和马蹄内的竖向及横向钢筋，起到温度分布钢筋的作用。构造钢筋对于防止结构开裂及耐久性具有很重要的作用。

（3）采用合理的施工工艺， 浇筑混凝土时减少浇筑厚度，同时在施工时，应尽量选择温度适宜的时间浇注，热天浇注混凝土时应降低水温拌制，或者利用早、晚进行施工，选用水化热小和收缩小的水灰比，合理使用减水剂，加强振捣以减少水化热。

（4）规定合理的拆模时间，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。夏季一般选在早晨或傍晚，尽量避开中午高温时间；做好养护工作，确保养生温度湿度。

6 总结

预应力混凝土T梁裂缝对于构件的正常使用会产生很多安全隐患，当裂缝开展以后空气中的水、氧气同钢筋发生化学反应产生铁锈，使钢筋体积急剧增大，使混凝土体积膨胀，裂缝宽度继续增加，钢筋在空气中进一步被氧化，如此恶性循环。这对结构来说是非常大的安全隐患。在结构产生裂缝后，可以用注射器将环氧树脂溶液粘结剂注入裂缝内；注射时宜在干燥、有阳光的时候进行；裂缝部位应干燥，从裂缝的下端开始，针头应插入缝内，缓慢注入；使缝内空气向上逸出，粘结剂在缝内向上填充。

预应力混凝土T梁裂缝并不是单独开展的，往往是相互影响、相互作用，所以在预应力混凝土T梁裂缝的防治方面需要我们进行综合、全面、仔细的考虑。