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原文来源：https://www.aisoutu.com/a/2724826
摘 要
为了能更进一步地了解T梁裂缝产生的原理，以斯里兰卡南部高速公路30米预制T梁开裂为例，对混凝土配合比、收缩类型、梁体温度变化以及施工工艺进行了分析。结果表明预制T梁长度方向的温度应力与边界约束是引起T梁开裂的主要原因，据此，从优化配合比、温度控制、现场施工质量控制等方面，提出相应的预防措施。
0、引言
预制T梁裂缝问题常出现在实际工程中，本文将从混凝土原材料质量、配合比、施工工艺以及温度应力（尤其是T梁长度方向）等方面分析原因。斯里兰卡南部高速公路某工区30m跨径预制T梁共1075片，2016年9月里，预制的T梁出现多条裂缝，横向裂缝主要分布在梁中腹板与翼缘板相交的位置，竖向裂缝主要分布在梁腹板位置、梁腹板与横隔板相交的位置，长度0.1m～1.4m，宽度0.10～0.40mm，产生裂缝的时间为浇筑完成24h以内。在10月05日，我部和监理一起对存在裂缝的T梁进行了调查、分析, 为了弄清T梁裂缝状态及其发展趋势，采用DJCK-2裂缝测宽仪检测裂缝宽度，辅以裂缝检测卡进行检测，并标记出位置、走向和长度。（调查结果见表1）
1、设计、原材料及施工情况
1.1 、 设计情况
预制T梁上翼缘厚200mm，梁端及梁体马蹄部位宽度为640mm,腹板厚200mm,顶板宽1200mm,预留预应力孔道3道，对称分布3组横隔板，T梁下翼缘板（即马蹄）布置4根D16和6根D12纵向钢筋,腹板纵向配筋由16根D12钢筋组成，间距200mm,两端受剪区域箍筋由D16钢筋制成，其他部位由D12钢筋制成,沿梁长度方向间隔为150mm。结构图见图1。
图1
### 1.2 、混凝土原材料及配合比
混凝土设计等级为C50，混凝土原材料基本情况见表2，混凝土配合比见表3，2016年9月浇筑的T梁混凝土配合比为TM-059，TM-077是改良后的配合比。
1.3、预制场地基及预制台座
预制场地为K3+400处红线外的小丘，开挖高度平均为4米，并用轻型动力触探仪检测合格。台座扩大基础采用片石混凝土，台座采用C30钢筋混凝土，台座上铺设3mm厚钢板，以减少台座与T梁之间的摩擦力。
1.4、施工环境条件
斯里兰卡南部高速工程项目位于赤道附近，属三面临海，阳光充足，白昼温度高，T梁的施工作业为露天作业。在T梁的施工和养护期间，温度为24℃-35℃，见于图2，相对湿度为73%-88%，平均风速为7km/h-18km/h。
图2 时间-温度曲线
### 1.5、混凝土施工与养护
T梁模板采用组合式钢模板，合模完毕，并由现场监理检查，通过后，通知生产混凝土。混凝土运输至现场，在试验监理的见证下取样，做坍落度试验，满足要求后，开始混凝土施工作业。混凝土由龙门吊吊至模板上部下料，振捣方式以插入式振捣棒振捣为主，辅以附着式高频振捣器振捣。混凝土浇筑大方向，由一端向另一端分层浇筑，斜向推进；当即将浇筑至另一端时（距端头3~5m），应从另一端往回浇筑，以防止张拉端头混凝土浮浆太多。浇筑时间共约3小时。根据设计要求，拆模时混凝土强度应达到21Mpa，一般情况24h左右。
梁顶板采用土工布覆盖养生，翼缘板、梁腹板、马蹄及横隔板均采用自动喷淋系统，白天时间间隔为30min，夜晚时间间隔为1h，24小时不间断养生。
## 2、T梁裂缝成因分析
混凝土结构裂缝按照产生的原因主要分为两类：一是由外荷载引起的, 也称结构性裂缝，二是由变形应力引起的,也称非结构性裂缝。根据表1中所描述的裂缝描述，可判断为非结构性裂缝。温度应力、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形，当变形受到约束时, 在构件内部便产生自应力, 当自应力超过混凝土自身抵抗能力即抗拉强度时, 便会引起混凝土开裂[1]。预制场地为开挖区域，经过处理后，排除掉不均匀沉降引起裂缝。因此，将对混凝土收缩、温度应力、边界条件等方面进行分析。具体分析如下：
### 2.1、 混凝土收缩
由表3中MT-059配合比生产出来的混凝土抗压试验结果知, 1#-7#T梁所用预应力混凝土强度高达64.2Mpa,由此判断为高性能混凝土,大量试验研究表明:高性能混凝土与普通混凝土有相似的地方, 但在早期塑形收缩、干燥收缩、自收缩等方面却有区别。收缩引起的T梁开裂是混凝土原材料、配合比及施工养护等方面综合作用的结果，具体分析如下:
#### 2.1.1 、混凝土材料及配合比
由于拆模时间的影响，主要研究自收缩的影响。高小建等研究的混凝土早期自收缩与水灰比的曲线(图3)表明[2]: 早期自收缩随着水灰比减小而增大，且水灰比越小越明显。T梁混凝土设计强度为50MPa,而采用MT-059配合比生产出来的混凝土达到64.2MPa，根据表3，水胶比0.33较小因水灰比小，强度高，弹性模量大，松弛能力降低，从而加大了混凝土T梁的开裂趋势。由于在表3中两种配合比粉煤灰含量基本没有变化，把该研究中的水灰比替换为水胶比，依然满足上面的理论。
图3 混凝土早期自收缩与水灰比的关系
#### 2.1.2、混凝土养护条件
根据设计要求，T梁混凝土强度应达到21Mpa方可拆模，一般情况24h左右，而对已监测的裂缝，在拆模后，已经出现了，且并没有扩展的现象，所以本工程T梁裂缝出现和24h以内的养护没有直接联系，也就意味着外界的风速的变化、大气的湿度没有直接的联系。但是拆完模板后的养护对于裂缝是否有扩展是至关重要的。
### 2.2、预制T梁实际温度测试
通过温控仪器实测所得数据，浇筑混凝土完成后7h左右温度开始快速增长，到20h左右达到峰值，然后趋近稳定，24h左右拆模后，及时晒水养生，对梁体的温度有一定的影响。图4中，跨中腹板中心位置最高温度约为52℃，端头中心位置最高温度约为75℃，在浇筑后完成18h后，两者的中心温度差均超过20℃，且温差幅度有一定增加。有研究表明，当温差大于25℃时，温差致使混凝土产生的拉应力将超过该时候的极限抗拉强度，梁体将有裂缝产生［3］。虽然处于温度稳定阶段，且温差没有超过25℃，但是很接近，经过实践证明，在浇筑完成24h左右拆模后，梁体腹板位置出现了多条裂缝，宽度0.1mm-0.4mm之间，深度不足1.5cm，非结构性裂缝。
图4 T梁梁体跨中和端头中心时间温度曲线
### 2.3、边界约束
混凝土构件发生干燥收缩和温度收缩, 只有其在受约束的情况下, 才会诱发拉伸应力, 当超过其抗拉强度时产生裂缝[4]。T梁在混凝土温度应力与收缩应力的共同作用下, 梁体混凝土发生变形, 但由于T梁两端支座中心位置设计了15mm高的楔形块嵌于台座中。当梁的变形受到楔形块的约束无法自由伸缩变形,可能导致在梁体薄弱位置产生裂缝。
此外，由于拆模的时间为24h左右，模板历经一昼夜，所以模板本身在24h内的温度随环境变化很大，图5为暴露在有日照下一昼夜模板温度、环境温度的变化。虽然，钢材和混凝土的温度膨胀系数接近，如果模板T梁梁体温度还未增加，而模板温度在外界环境的影响之下加速增长，此时模板产生的温度应力对强度不高的T梁产生影响，同时在倒角位置的应力集中，可能导致腹板与翼缘板之间、腹板与横隔板之间产生裂缝。实践证明，表1中，1#、2#、3#、4#、5#T梁未对模板进行覆盖，裂缝比较多，而6#、7#T梁对模板采取了覆盖措施，阻止了太阳光的直射，裂缝数量减少了。
图5 日照下模板温度曲线
结合本节混凝土收缩论述、预制T梁温度变化的分析、边界约束条件的分析，得出如下结论：预制T梁长度方向的温度应力、边界约束条件是导致梁体开裂的主要原因，当梁的长度方向温差大于或接近25℃时，梁体可能会产生裂缝。
3、预制T梁的预防措施
3.1、优化混凝土配合比
从图3中可以看出，表3中编号为MT-059配合比水胶比为0.33，混凝土早期自收缩量比较大，而编号MT-077配合比的水胶比为0.35，早期自收缩量得到了减少。
通过对编号为MT-077配合比浇筑的T梁混凝土进行了温控监测（图6），从图中可以看出，15h-24h之间，跨中和端头中心位置温差在10℃~16℃之间，该温差和危险温差25℃有一定距离，出现裂缝的可能性小。
图6 T梁梁体和跨中端头中心时间温度曲线
3.2、改变施工时间、改善施工方法
根据现场实际施工条件，选择晚上浇筑混凝土，此时的温度相对较低、相对稳定，模板的温度变化曲线和混凝土的温度变化曲线一致；对完成浇筑后，应立即对模板进行覆盖，防止太阳光线的直射，导致模板温度急剧上升，对强度不高的混凝土产生影响；改良台座，在台座楔形块位置，预埋一定厚度的橡胶垫在台座楔形块位置，为梁体的自由伸缩提供条件。
通过上述几种改善方法，预制T梁开裂的问题得到了有效的解决。
3.3、其他措施
(1)、脱模后即对T梁进行覆盖并及时洒水养生，两端、两侧直接用水喷淋，减少T梁长度方向上的温度应力。
(2)、混凝土参入一定量的纤维材料如钢纤维、玻璃纤维、尼龙纤维等, 提高混凝土的抗裂性能。
(3)、在T梁腹板与翼缘板、横隔板倒角等易产生应力集中的部位，适当增加构造配筋，并保证保护层厚度满足要求。
(4)、对即将要使用的骨料喷淋降温，在搅拌楼附近安装制冷系统，对混凝土生产用水进行降温处理，将混凝土入模温度控制在30℃以下。
4、结语
预制预应力混凝土T梁在施工中，裂缝问题是一个普遍存在的问题，主要是由原材料、混凝土配合比、结构设计及施工等各方面的原因引起的，根据实际环境，系统的分析可能产生的原因，做好相应的预防措施，才能防范于未然。