现浇梁裂缝成因分析及预防应对措施研究

现浇梁裂缝成因分析及预防应对措施研究

徐镭

【摘要】现浇混凝土梁具有缩短工期、施工便利、受力明确的优点.因此,在实际建筑施工中,现浇混凝土梁得以广泛应用.然而在施工中,由于混凝土自身因素及受到外界环境的影响,混凝土现浇梁常常出现不同类型的裂缝.这种裂缝不仅影响结构美观,而且对结构的稳定性和安全性造成威胁,裂缝的预防以及对出现裂缝的应对措施已成为工程界普遍面临的难题,因此,对现浇混凝土梁的裂缝研究及预防具有较高的现实意义.本文分析了现浇梁的裂缝构造特征和不同裂缝类型,归纳总结了实际施工中现浇混凝土梁裂缝产生的原因.研究了温度变化、混凝土收缩以及碱骨料反应对于现浇梁裂缝产生的影响.同时针对提出的现浇混凝土裂缝产生原因,本文给出了预防现浇混凝土梁出现裂缝的措施和出现裂缝后的处理方法.经过现场的实际施工检验,本文所提出的裂缝处理方法简单可靠,对现浇混凝土梁裂缝的预防和控制都取得了明显效果.

【期刊名称】《铁道建筑技术》

【年(卷),期】2019(000)001

【总页数】5页(P62-65,117)

【关键词】现浇梁;裂缝成因;预防措施;处理措施

【作者】徐镭

【作者单位】中铁二十一局集团第一工程有限公司新疆乌鲁木齐830011

【正文语种】中文

【中图分类】U445.57

1 引言

随着国家交通事业的发展，桥梁在交通工程的比例逐渐增大。现浇梁结构由于受力明确、设计简单、施工容易、工期较短，因此在桥梁结构中得到了广泛应用。但是，现浇梁成形后由于混凝土原材料性质、配比，施工方式、养护条件、循环荷载、收缩徐变等因素，常常导致梁出现裂缝。混凝土桥梁结构的开裂问题，一直是工程界最关心的课题之一，因为裂缝的出现涉及到结构外观的破损、钢筋的腐蚀及结构功能的丧失。其中，混凝土水化凝固过程中由于内外温差而形成的温度荷载和外界环境对混凝土桥梁结构的影响而形成的温度荷载，是混凝土桥梁结构开裂的主要原因之一。早在20世纪50年代，王铁梦、朱伯芳等［1］学者研究了大量的温度应力和裂缝控制的实验研究；王铁梦［2］通过对大量的工程实例统计与总结，针对由于变形而引起的裂缝作了详细的理论实验阐述；清华大学陈肇元教授等［3］在1998年以广州地铁为背景，进行了地下钢筋混凝土结构的抗裂研究，全面分析了施工阶段各种裂缝的成因机理以及控制措施，并研究了设计方面考虑的混凝土裂缝控制方法；寇永大［4］认为底板钢筋缺失、浇筑混凝土不均匀、保护层厚度不足、张拉预应力钢筋时混凝土强度不足是导致底板裂缝的主要原因；新加坡的H.R.Lu ［5］认为混凝土抗拉强度取决于许多因素，如配合比、养护条件等，而研究表明拉应变能力是一个相对的常数，不受配合比、养护龄期和抗压强度的影响；瑞典的Mats Emborg［6］认为混凝土结构早期的温度分布、相连结构的温度、早期混

凝土瞬时的力学性质和约束条件都是影响混凝土开裂的重要参数。

对于现浇裂缝的处理，许多专家学者进行了相关研究，提出了适用于现场实际的解决办法。为了保证工程质量，必须对现浇梁裂缝引起高度重视，采取必要措施防止裂缝出现，对已出现裂缝的梁要按照科学的方法进行处理［7-8］。

2 现浇梁裂缝的构造特征、类型及发生的原因

2．1 现浇梁裂缝构造特征

在现浇梁施工完成后裂缝出现的构造特征各式各样，主要构造特征包括：（1）沿梁横断面环形或沿纵断面纵向连续的裂缝、斜向（约45°）裂缝、垂直于相交面的短直裂缝（梗肋处），主要由荷载作用、温差作用、钢筋锈蚀作用等引起；（2）锚下混凝土面沿半径方向裂缝或侧腹板纵向裂缝、沿纵向钢筋或沿纵向波纹管走向的裂缝、沿预埋件或预留孔周边的裂缝、纵横相互交错将混凝土切割成块状的裂缝，主要由应力集中、钢筋锈蚀作用、外界环境腐蚀等引起。

2．2 现浇梁裂缝类型

按照裂缝成因，裂缝类型主要有：（1）温度裂缝；（2）收缩裂缝；（3）碱—骨料反应引起的裂缝；（4）施工工艺质量引起的裂缝、施工材料不达标引起的裂缝、周围环境对混凝土侵蚀而引起的裂缝等多种因素组合叠加造成的裂缝。

按照裂缝发生的时间可分为：（1）施工期间出现的裂缝，包括拆模前裂缝、拆模后裂缝、张拉后裂缝、落架后裂缝；（2）使用期间出现的裂缝，包括使用荷载作用、外界环境侵蚀作用出现裂缝。根据裂缝深度有表层、浅埋、深埋、贯穿裂缝。在实际工作中按照处理方法不同还可分为0.05 mm以下裂缝、0.05～0.15 mm

的裂缝、0.15～2 mm及2 mm以上裂缝。

2．3 现浇梁裂缝产生的原因分析

2．3．1 温度裂缝分析

温度裂缝可归结为两大方面。一是混凝土水化反应放热造成的裂缝；二是阳光照射引起温度梯度造成的裂缝。此种裂缝大多表现为贯穿性，且较深，影响结构的整体刚度，一般在施工结束几个月后出现。

（1）混凝土水化反应放热造成的裂缝

水泥主要是由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等少量氧化物按比例混合而成的细磨

材料。这些材料在和水混合时发生水化反应生成新的化合物，主要有水化硅酸钙、水化铁酸钙胶凝质、氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体胶质物，并逐渐凝结、凝固。在水化反应过程中有大量的热量放出，根据文献和实际测量一般都在200～300 J／g范围。热量的产生使混凝土的温度急剧上升，通过实际测量有些

可达60～70℃。混凝土拌合物温度按如下公式计算：

其一，混凝土拌和出料温度［9］（T0）

式中，M w、M ce、M sa、M g分别为每立方混凝土水、水泥、砂子、石子用量（kg）；T w、T ce、T sa、T g分别为水、水泥、砂子、石子温度（℃）；W sa、W g分别砂子、石子含水率（%）；C1为水比热容（kJ／kg·k）；C2为冰的溶

解热（kJ／kg·k）。

其二，混凝土绝热温升值［10］（T x）

式中，Q x为水泥水化热，kJ／kg；W为水泥用量，kg；K为折减系数；F为混

合材料用量，kg；C为混凝土比热kJ／kg·k，取值为 0.97；ς为不同的浇筑厚度

降温系数，取0.5～0.7；ρ为混凝土密度，2 400～2 500 kg／m3。

混凝土内外产生温度差，形成了内高外低的温度梯度。该温度梯度使混凝土内部产生压应力，而表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

该裂缝是一种发散不连续的短、曲缝，深度一般较浅，宽度一般在0.1 mm以内。如个别现浇箱梁顶板底面因受到腹板约束，温度裂缝可能表现为连续性线段。温度裂缝通常发生在两个时间段，一是出现在拆模前，即混凝土升温期；二是出现在拆模时或之后，即混凝土降温期。

（2）阳光照射造成的裂缝