预制箱梁裂缝成因分析及处治

预制箱梁裂缝成因分析及处治

龚纯

中铁上海工程局集团有限公司第一机械化施工分公司 江苏南京 210000

摘要：预制箱梁作为现代桥梁建设中不可或缺的构件，其质量直接关系到桥梁的整体安全性和使用寿命。然而，在实际应用过程中，预制箱梁常出现不同程度的裂缝现象，严重影响了结构的安全性能与美观度。本文旨在通过系统分析预制箱梁裂缝的类型及其形成机制，探讨有效的裂缝防治措施，为提高预制箱梁的质量提供理论依据和技术支持。

关键词：预制箱梁；裂缝成因；混凝土收缩；温度应力

引言：

随着交通基础设施建设的快速发展，桥梁工程在其中占据了极其重要的位置。预制箱梁因其施工速度快、质量易于控制等优点，在众多桥梁项目中得到广泛应用。然而，预制箱梁在使用过程中易产生裂缝，不仅影响美观，更可能威胁到桥梁的安全稳定。因此，深入研究预制箱梁裂缝的成因及处理方法具有重要的现实意义。

1 预制箱梁裂缝类型

预制箱梁裂缝主要可以分为以下几种类型：表面微裂缝、贯穿裂缝、横向裂缝以及纵向裂缝。这些裂缝的形成与材料特性、施工工艺、环境条件等多种因素密切相关。表面微裂缝通常由混凝土表面干燥过快引起；贯穿裂缝则多由于荷载作用或设计不当造成；而横向和纵向裂缝则与温差变化、地基沉降等因素有关。

2 预制箱梁裂缝机理分析

2.1 砼收缩裂缝的机理

混凝土在硬化过程中会发生体积收缩，这种物理变化是导致预制箱梁表面出现微裂缝的主要原因之一。混凝土收缩可分为化学收缩、干燥收缩和自收缩三种形式。化学收缩主要是由于水泥水化反应消耗水分所致；干燥收缩则是因为混凝土内部水分蒸发至外部空气中引起；自收缩发生在高强混凝土中，当混凝土内部相对湿度较低时，即使没有外部水分损失也会发生收缩。

2.2 砼早期温度应力裂缝的机理

混凝土浇筑后初期，由于水泥水化放热效应，混凝土内部温度会迅速升高，随后逐渐冷却。这一过程中的温度变化会在混凝土内部产生较大的温度梯度，从而引发温度应力。如果该应力超过了混凝土的抗拉强度，则会导致裂缝的产生。尤其是在冬季施工时，温差变化更加剧烈，更容易形成温度应力裂缝。

2.3 其他因素的影响

2.3.1 施工技术与管理不当的影响

在预制箱梁的施工过程中，技术与管理的不当是导致裂缝产生的一个重要因素。模板拆除过早会导致混凝土表面未完全硬化，从而产生干缩裂缝。此外，模板的支撑系统如果不够稳固，容易在浇筑过程中发生位移，导致混凝土内部受力不均，形成裂缝。混凝土的振捣不充分或者过度振捣都会影响其密实度，进而降低混凝土的抗裂性能。养护条件的不当同样不可忽视，若养护过程中湿度不足，混凝土表面会快速失水，产生干缩裂缝；反之，若养护温度过高或过低，也会导致混凝土内部温度应力过大，从而引发裂缝。因此，施工过程中应严格遵循相关规范，确保每一道工序的质量，以减少裂缝的产生。

2.3.2 材料选择与质量控制的影响

材料的选择与质量控制对预制箱梁裂缝的形成有着直接的影响。使用不合格的原材料，如水泥、砂、石子等，会导致混凝土的强度和耐久性下降，从而增加裂缝的风险。水泥的安定性不良，会使得混凝土在硬化过程中产生体积变化，形成裂缝。砂、石子的级配不合理，会影响混凝土的和易性，导致浇筑过程中出现离析现象，进而影响混凝土的均匀性和密实度。

2.3.3 外界环境条件的影响

外界环境条件的变化对预制箱梁裂缝的形成也有着显著的影响。风速和日照强度是两个重要的环境因素。高风速会加速混凝土表面的水分蒸发，导致表面干缩速度加快，从而形成干缩裂缝。强烈的日照会使混凝土表面温度迅速升高，而内部温度变化较慢，形成较大的温度梯度，产生温度应力，最终导致裂缝的产生。

3 预制箱梁裂缝处治方法

3.1 优化混凝土配合比与添加纤维增强材料

在预制箱梁的生产过程中，混凝土配合比的优化是防止裂缝产生的重要措施之一。通过精确控制水泥、砂、石子和水的比例，可以有效降低混凝土的干缩率，减少裂缝的形成。此外，适量添加纤维增强材料，如聚丙烯纤维、钢纤维等，能够显著提高混凝土的抗裂性能。纤维材料能够在混凝土内部形成三维网络结构，有效分散和吸收由于温度变化、荷载作用等原因产生的应力，从而避免裂缝的扩展。在实际操作中，应当根据预制箱梁的具体尺寸、使用环境等因素，通过试验确定最优的纤维掺量，以达到最佳的防裂效果。同时，合理的混凝土配合比和纤维增强材料的使用，还可以改善混凝土的工作性能，提高施工效率，确保预制箱梁的整体质量。

3.2 改善养护条件以减少干缩裂缝

混凝土在硬化过程中，由于水分蒸发引起的干缩是导致预制箱梁表面微裂缝的主要原因之一。为此，必须重视混凝土的养护工作，采取科学合理的养护措施，以减少干缩裂缝的产生。在混凝土浇筑完成后，应立即覆盖塑料薄膜或湿麻袋等材料，保持混凝土表面的湿润状态，防止水分过快蒸发。对于大型预制箱梁，可以采用喷雾养护或蒸汽养护的方法，确保混凝土内部和表面的温度、湿度均匀分布，进一步减少干缩应力。此外，养护时间的长短也直接影响到混凝土的最终性能，一般情况下，养护时间不少于14天。通过严格的养护管理，可以有效控制混凝土的干缩程度，降低裂缝发生的概率，保证预制箱梁的耐久性和安全性。

3.3 合理安排施工时间与采取温控措施

温度应力是导致预制箱梁裂缝形成的另一个重要因素。混凝土浇筑后的早期阶段，由于水泥水化反应释放大量热量，混凝土内部温度急剧上升，随后在冷却过程中形成较大的温度梯度，从而产生温度应力。为了避免温度应力引起的裂缝，应当合理安排施工时间，尽量避开夏季高温和冬季低温时段。在无法避免极端天气条件下施工时，应采取有效的温控措施，如使用冷水拌合混凝土、在混凝土中预埋冷却水管、浇筑后及时覆盖保温材料等，以减小混凝土内外的温差。此外，对于大体积预制箱梁，还可以采用分层浇筑的方法，每层厚度控制在30cm以内，逐层浇筑并充分振捣密实，有利于热量的均匀散发，减少温度应力的累积。通过上述措施，可以有效控制混凝土的温度变化，降低温度应力对预制箱梁的影响，减少裂缝的产生。

3.4 加强施工管理与严格执行规范

施工过程中的任何不当操作都可能导致预制箱梁出现裂缝。因此，加强施工管理，严格执行相关规范，是预防裂缝的有效手段。在施工前，应对所有参与人员进行系统的培训，确保其熟悉预制箱梁的生产工艺和质量标准。施工过程中，应严格控制混凝土的搅拌、运输、浇筑等各个环节，避免因操作不当引起混凝土离析、泌水等问题。同时，模板安装必须牢固可靠，防止因模板变形导致混凝土受力不均。在拆模时，应根据混凝土的实际强度发展情况，适时进行，过早拆模会增加混凝土表面的干缩应力，过晚拆模则可能影响施工进度。此外，施工记录的完整性和准确性也是保证工程质量的重要环节，所有关键工序都应有详细的记录，以便于后续的质量检查和问题追溯。

4 结束语

综上所述，预制箱梁裂缝的产生是一个复杂的过程，涉及材料学、力学、环境科学等多个学科的知识。通过对裂缝成因的深入分析，可以采取有效的预防和治理措施，以降低裂缝的发生概率，提高预制箱梁的质量。具体而言，从材料选择、施工工艺、后期维护等多个环节入手，实施综合管理策略，是解决预制箱梁裂缝问题的关键。同时，加强相关人员的专业培训和技术交流，提升整个行业的技术水平，也是保障预制箱梁长期稳定运行的重要途径。

参考文献

[1] 预应力混凝土连续刚构桥箱梁裂缝成因及防治对策[J]. 孙高洋.交通世界,2023(11)

[2] 预应力混凝土箱梁桥腹板裂缝影响因素研究[J]. 韩宏伟;苗建伟.北方交通,2022(10)