预应力混凝土构件张拉前裂缝产生的原因及其处理方法

石家庄市公路管理处养护中心   陈彬彬

裂缝产生的原因分析                    

广义上讲，裂缝产生的原因有两种。一种由荷载引起的称这类裂缝为结构性裂缝，是承载力不足的结果；另一种为由于变形受约束引起的，此类裂缝称为非结构性裂缝，如温度变化、混凝土收缩、基础的不均匀沉降等因素引起的变形。当变形收到约束，在结构构件内部产生次应力，加之混凝土的早期抗拉强度时比较低的，因此产生的次应力很容易超过混凝土的抗拉强度，从而引起混凝土开裂。

张拉前预应力混凝土构件中产生结构性裂缝主要是底模支撑不牢而使预应力混凝土构件在张拉前受荷引起的。预应力混凝土构件在未张拉前同普通钢筋混凝土性质一样，由于在施工中承受不必要的荷载就很容易产生裂缝，并且裂缝发展迅速，裂缝宽度较大，钢筋很可能发生屈服。主要有以下中情况常会使底模支撑不牢：（1）在施工中有时会因为拆除使得底模与混凝土构件底部产生脱离。（2）由于地基处理不好使预应力混凝土构件的支撑下方基础产生完全沉降或不均匀沉降，从而使部分底模与预应力构件脱离。（3）有些工地因某种原因采用木支撑代替钢支撑，木材承载力有限，且当张拉前拆除部分支撑时，梁下支撑承载增加，引起木支撑压缩变形过大，从而不能很好的起到支撑的作用。

混凝土收缩变形受约束产生次应力是混凝土结构产生非结构性裂缝的一个主要原因，此类裂缝为收缩裂缝。混凝土的收缩包括干缩和凝缩。干缩变形是由于混凝土凝固过程中混凝土多余的水分蒸发而产生的变形，凝缩变形是水泥水化作用逐渐硬化形成的混凝土骨架不断紧密而产生的变形。

混凝土结构随着温度变化会产生热胀冷缩变形，当此变形受到约束，在混凝土内所产生温度应力是导致非结构性裂缝产生的另一主要原因，此类裂缝称温度裂缝。施工阶段的温度裂缝主要由于截面内外温差引起，包括两部分：（1）混凝土浇筑初期，水泥水化产生大量水化热，使混凝土的温度很快上升，混凝土表面散热条件较好，而混凝土内部由于热量散发少，内外形成温度梯度，形成内约束，结果混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力。当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就因此而产生裂缝；（2）混凝土浇筑后数日，混凝土降温的结果引起混凝土收缩，再加上由于混凝土中多余水分蒸发，碳化等引起体积收缩变形，收到地基和结构边界条件的约束不能自由变形，产生温度次应力，当该温度次应力超过混凝土的抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂而形成温度裂缝。

混凝土结构产生裂缝的原因是多方面的，各种引起混凝土开裂的因素不但能独立的产生裂缝，而且它们又是相互联系，相互影响，因此对于一道裂缝的成因不仅要把握其主要因素，还要全面考虑其它的相关影响因素。

预防裂缝产生的措施

预应力构件在张拉前受力性能同普通钢筋混凝土构件时完全相同的，所以一般来说，凡是适用于普通钢筋混凝土的防止裂缝出现的措施均能适用于未张拉的预应力混凝土构件，这些预防裂缝产生的措施主要包括：

改善混凝土材料的性能。例如：选用干缩较小的水泥品种；合理调整混凝土的配合比，降低水灰比，降低砂率，采用中粗砂；掺加适量的外加剂，如高效减水剂、微膨胀剂等。

加强混凝土浇捣的控制和加强混凝土的养护。例如：在振捣过程中既要确保混凝土的密实，又要避免过度振捣；加强喷水保湿养护，对于重要的构件可以在其表面盖一层薄膜。

结构设计时注意减少收缩和温度变形的影响以及加大抵抗变形的能力。

加强预应力混凝土构件的底模支撑。例如：做好支撑地基土的处理，以减少基础的沉降量；支撑设计时注意减小预应力构件支撑与其它非预应力构件支撑的联系，在拆除侧模时要小心，防止预应力构件底模支撑松动；禁止使用木支撑。

开裂后裂缝类型的判别和处理方法

判别裂缝类型首先要对裂缝的外形特征及其位置进行观察和分析，例如收缩裂缝多发生在混凝土表面上，裂缝较浅而细；对于板类构件多沿短方向均匀地分布于相邻的两根钢筋之间并与钢筋平行；对于高度较大的预应力混凝土梁，一般在腰部产生竖向裂缝，且多集中在构件的中部，中间宽两头窄，至梁的上缘及下缘逐渐消失；对于板构件上的温度裂缝多为贯穿裂缝；发生在梁上的多是表面裂缝，大多数温度裂缝沿结构截面高度成上宽下窄状。对于张拉前预应力构件产生结构性裂缝，则往往是在受拉区的混凝土展开，因此此裂缝在构件表面呈边缘较宽，在构件内逐渐变窄小。其次要辅以必要的检测工具对裂缝的宽度、长度、深度、具体位置以及其稳定性进行观测，靠肉眼和借助放大镜寻找与观察裂缝的位置，确定裂缝的始末端，再用钢直尺测量裂缝的长度和位置。对于表面裂缝只要进行普通的裂缝修补。深层裂缝和贯穿裂缝可能会破坏张拉前预应力构件的普通钢筋，因此修补时先要对钢筋强度进行鉴定并确定是否要加固。

不同国家对裂缝有各自适合于国情的宽度要求。我国规范规定对于各种环境下裂缝的宽度规定0.1mm以上的要进行裂缝修补。对于一般的表面裂缝只要没有影响到混凝土内部的钢筋，用补缝等技术就可以处理。目前混凝土裂缝的修补方法主要有三种：表面封闭法、开槽填补法和压力注浆法。表面封闭法一般用于处理表面的微细裂缝，多采用防水涂料进行表面涂膜处理，达到封闭裂缝和防水的作用，该方法不适合于宽度大于0.2mm的裂缝；开槽填补法是沿着裂缝将混凝土凿成V型槽，然后用水泥类或树脂类填补材料将其填平补牢，达到封闭裂缝的目的。压力注浆法是借助压力将注浆液注入混凝土裂缝中而使裂缝充满补牢。这种方法不损伤结构的强度，补完后防水性能和耐久性可靠，修补的质量也较好。裂缝的修补要考虑构件的耐久性、防渗性和美观。对于全预应力构件当该构件在张拉前出现了非结构性裂缝，如果裂缝较细，张拉后裂缝将在预压力作用下自行闭合，张拉前先进行表面封闭法或补缝即可保证构件的正常使用；而当该预应力混凝土构件张拉前产生结构性裂缝，则对于裂缝宽度在0.3mm以内时均需先补缝后再进行张拉，最好采用压力注化学胶黏剂的方法进行补缝。对于部分预应力混凝土构件当该构件张拉前已产生非结构性裂缝，应先封闭裂缝后进行张拉；而且该构件张拉前产生结构性裂缝，且当该裂缝位置与宽度均在原设计允许的范围内时，可不进行裂缝处理，直接张拉即可。按照裂缝的不同产生原因与原设计允许范围进行比较和分析，得出即保证构件质量又能满足耐久性要求的处理措施。

结论

预应力构件张拉前产生的裂缝可以分为结构性裂缝和非结构性裂缝，前者是由外荷引起的，而后者是由变形引起的。预应力构件未张拉前所出现的裂缝多是由表及里温度变形和混凝土收缩引起的非结构性裂缝。但是如果因施工不慎，也可能使未张拉的预应力构件因支撑强度、刚度不足和地基沉降或施工等因素产生结构性裂缝。

在实际工程中要根据当时的环境因素、施工条件和气候来对混凝土构件进行养护。当预应力构件未张拉前出现裂缝要及时进行裂缝检测，判断裂缝的成因，对裂缝的修补措施进行磋商，从而制定修补的最佳方案。即使裂缝的修补方法有多先进，预应力混凝土构件在张拉前出现裂缝都会影响构件未来的张拉使用，因此比补救措施更重要的是预防措施，亡羊补牢再好也不如防范于未然。

作者单位：石家庄市公路管理处养护管理中心

《交通世界》2013年第1期（1月上）