广东省长大公路工程有限公司
摘要：本文以高明至恩平高速公路K3+703坑美1#大桥预应力小箱梁裂缝为线索，对裂缝进行分析、探索，找到了产生裂缝原因，为以后治理结构裂缝通病提供借鉴。
关键词：预应力小箱梁裂缝水泥聚羧酸减水剂保温保湿养生
1工程概况
1.1箱梁结构
高明至恩平高速公路K3+703坑美1#大桥为跨越山谷及地方道路高墩柱桥梁，下部结构为柱式墩台，上部结构为正交30米P.C.小箱梁。预制梁高为160cm，结构尺寸如下图所示：
图1预应力箱梁断面图
腹板最大净高为1137㎜，梁中腹板厚200㎜，梁端为300㎜，变截面位于距梁端2.8米处，为预制薄壁结构。砼强度为C50。梁端3.1米腹板箍筋布置间距为10cm，梁中为20cm。
1.2施工概况
由于桥梁位置处于山谷地带，缺少空旷平整场地，将K3+703坑美1#大桥至K4+530坑美2#大桥间的路基段作为预制场地，路基挖填完成后即进行梁场建设及预制梁生产。
为减小劳动强度，简化操作程序，内箱封闭，预制梁砼浇筑时从两侧腹板对称下料，采用分层分段布料，以减少施工缝。第一层浇筑底板及50cm腹板，第二层浇筑至腹板上倒角底部，第三层浇筑上倒角及面板。砼施工顺序：○1第一段第一层→○2第二段第一层→○3第一段第二层→○4第三段第一层→○5第二段第二层→……→○12底腹板完成→○13顶板浇筑，阶梯式推进浇筑，减少砼结合面裸露时间，如下图所示：
图1砼浇筑顺序示意图
2裂缝产生及原因分析
2.1裂缝产生
坑美1#大桥预制梁施工过程中，部分箱梁拆模后腹板出现裂纹，其中Z12-2表面龟裂较多，跨中出现2道贯通裂纹；Z11-3表面龟裂较多，距跨中2m有2道贯通裂缝；Z11-4表面龟裂较多，每隔2米裂纹较明；Z12-2表面龟裂较多，跨中出现2道贯通裂纹。
对箱梁裂缝进行排查，据其特征进行归类，主要分为表面凌乱龟裂及腹板竖向较长贯通裂缝，所有裂缝均出现在腹板，顶板和底板未出现可见裂纹，且腹板靠近顶板和底板20cm范围内也没有裂纹。
对Z12-2梁有贯通裂纹的部位进行抽芯取样，取样结果裂缝贯通腹板，芯样气泡较多，裂缝周围气泡较集中，从梁的外侧到内侧变细变小。
2.2原因分析
根据裂缝分布情况及以往施工经验，对裂缝产生原因进行分析，首先罗列产生问题的原因，然后逐个进行排查，找出问题所在。产生裂纹的可能原因有以下几个方面：
○1于凌乱表面龟裂，为浅短的细裂纹，在腹板表面无特定伸展方向，但数量较多，形成表面网状结构，这种裂缝在高标号砼表面比较常见，由于砼中水泥含量较高，早期温度上升较快，高温造成砼表面水分散失，产生收缩裂缝，当周围环境比较干燥或者有风情况下会加剧裂纹产生，通常在拆模后及时保湿养生补充砼表面水分，使砼充分水化，提高砼表面强度，可以防止这种干缩龟裂。
○2不当的养生也会造成表面龟裂，砼终凝后温度达到最高，砼处于热胀状态，高热的砼遇低温水后，砼表面温度骤降，形成冷缩，造成砼开裂，尤其是养生不及时形成的冷热交替危害最大。
○3贯通裂缝形成的原因有很多，危害也最大，对结构造成影响，影响箱梁的使用安全，深裂缝产生的原因主要为梁体内部存在较大拉应力，当早期砼强度不足以抵抗拉应力时，沿砼的薄弱部位撕裂，应力得到释放，产生裂缝。台座不均匀沉降，梁体受到较大冲击震动，原材料缺陷，设计缺陷，施工原因等都可能造成梁体内部产生较大裂缝。
预制场建于填筑完成的路基上，有填方段也有挖方段，也有填挖交界区域，其中前3片梁台座位于挖方段，第4片梁位于填挖交界处，硬化后砼面及台座均未出现裂缝，对台座进行观测，与初始值比较并无沉降，另一方面箱梁顶板及底板并未出现裂缝，腹板中部裂缝较明显，往顶板及底板方向变小，且未伸入顶底板，不具备台座沉降产生的裂纹特征，可以排除台座不均匀沉降的因素。
裂缝出现在跨中区域，腹板厚度为20cm，腹板净高113.7cm，为薄壁结构，此区域的腹板箍筋间距为20cm，相对较大，对比甘竹溪特大桥30m预应力小箱梁（腹板厚度18cm，箍筋间距相同）布筋相同，结构尺寸更保守，此桥施工中并未出现裂缝，所以结构能满足施工要求。
箱梁砼设计强度为50MPa，施工配合比水泥：砂：大石：小石：水：减水剂=472：687：784：336：151：4.72，砼实际7d抗压强度为59.6MPa，砼从出仓到现场运输时间为30min，每车砼10m³，卸料时间为40min，砼出仓坍落度为21cm，到现场坍落度为19cm，运输过程中坍落度损失为2cm，到现场40min砼流动性明显降低。砼粘性较大，气泡较多，减水剂为后续施工研究一个方向。
对各种原材料进行检验，水泥标号为P.Ⅱ42.5R散装水泥，其各项化学成分及其试件砼性能均在标准范围内，另外，横向对比其他三个标段，均同期采用同一种水泥，且砼配比中水泥用量相当，均未产生裂缝，所以单纯水泥造成裂缝可能性不大。
外加剂采用缓凝型聚羧酸高性能减水剂（GTS-102），聚羧酸系减水剂的优势是减水率高、保塑性好，但掺量非常敏感，有些情况下表现出过度释放现象（坍落度随时间延长增加），有时又出现混凝土坍落度损失快的现象[2]，掺量不够容易造成砼用水量增加，水分蒸发后形成收缩裂缝，掺量过多容易造成砼离析，过度集中浆体也会造成收缩裂缝。对减水剂检测结果如下表：
细集料为西江河砂，细度模数为2.54，硫酸根离子含量为1.3，表观密度为2630Kg/m³，吸水率为1.05%，含泥量为0.8%；粗骨料料由花岗岩制成5-20mm连续粒级反击破碎石，表观密度为2700Kg/m³，吸水率为0.41%，含泥量为0.9%，针片状颗粒含量为4%，压碎值指标值为5%。
由以上各原材料检测数据可知，材料的性能指标都在合格范围之内。可能产生裂缝原因包括砂石含泥量，碱水剂兼容性，水及水泥用量，水泥组分等。为了进一步了解问题根源，试打两段试验梁，分别采用原配比和掺加粉煤灰，主要施工过程观测砼工作性能，砼入模后观测砼的温度变化。
两种砼和易性，流动性都很好。原配比温度峰值为48℃，出现在砼浇筑后9小时，掺加粉煤灰砼温度峰值为43℃，出现在砼浇筑后10小时。在常温下，一般内模拆模时间为砼浇筑后4～5小时，外模拆模时间为砼浇筑后10左右，外模拆除后开始养生。由此可见，养生时间正好赶上温度高峰期，稍有不慎将造成结构的温度裂缝。为了减小温度峰值，在保证砼最终强度的前提下，可以参加适量混料。了解温度分布之后开始预制梁生产，利用预制场自有养生系统进行不同方式喷淋养生，第一种养生方法为外模拆除后不间断喷淋养生，保持砼表面湿润；第二种方法为间断养生，但不能出现砼发白现象，其他施工工艺相同。
两片梁拆模后砼表面未出现裂缝，砼处于高温状态，并且很快发白，第一种养生过了温度高峰期后左右腹板各出现1条贯通裂缝，距梁端4.7米；第二种方式先对右侧腹板进行养生，出现4条裂缝，其中第一遍洒水后未出现裂缝，第二遍洒水后出现3条裂缝，贯通，第3遍洒水后出现第四条裂缝，未贯通，前3条裂缝距梁端分别为4.2m，8.82m，10.82m，第四条裂缝距另一梁端为4.25m，出现裂缝后不再对左侧腹板养生，左侧未出现裂缝。
至此，可以确定产生箱梁裂缝的直接原因。不管以上哪种养生方式，都处于砼温度高峰期，高温砼（近50℃）处于热涨状态，遇到低温水（实测20℃）时，表面在巨大温差刺激下遇冷收缩，产生拉应力，由于砼前期强度不高（10h强度用回弹仪无法测出），同时脆性砼本身应变较小，当结构达到一定长度后，应变不足以抵抗累积拉应力所需变形，砼产生裂缝以释放能量，而第二种养生方式虽然也保证了砼湿润，但间断养生使砼表面冷热循环，造成砼内部应力变化幅度加大，拉压循环的应力加剧裂缝产生。
3改善措施
根据箱梁温度分布特点及裂缝产生情况，在后续施工中改进了养生方式，用土工布从两侧翼板垂下，将腹板周围空气与外界隔离，腹板外侧与土工布间形成封闭空间，喷淋系统喷淋土工布，当封闭空间温度升高后，潮湿土工布水分蒸发形成水汽，封闭空间形成一个高温潮湿的养生系统，避免分层养生过程中砼表面直接受到温差的刺激，真正达到保温保湿的养生目的。成功解决了后续施工的预制梁裂缝的问题。
4结语
裂缝是建筑施工中常见的质量通病，通过本项目的研究探索，摸清了预制梁产生裂缝的直接原因，为施工中正确养生指明了方向，同时本文的研究思路可以为广大的受裂缝通病影响的施工技术人员提供借鉴。
参考文献：
[1]广东省交通规划设计研究院股份有限公司.高明至恩平高速公路两阶段施工图设计第四册第二分册.2016.5.
[2]王子明.聚羧酸系减水剂面临的问题与系列化发展趋势.中国混凝土专刊.2009.5