混凝土橋梁施工裂縫成因和預(yù)防措施分析

馬傳青

（商丘市路興公路工程有限公司，河南 商丘 476200）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也是如火如荼，各地興建了大量的混凝土橋梁。在橋梁建造和使用過程中，由于混凝土裂縫而影響工程質(zhì)量甚至造成橋梁坍塌的事例屢見不鮮。

1 混凝土橋梁施工裂縫種類及幾種主要成因

1.1 溫度變化引起的裂縫

水化熱。出現(xiàn)在施工過程中，大體積混凝土中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積混凝土內(nèi)部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內(nèi)外溫差過大，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力可能會(huì)使混凝土開裂。

夏季高溫和冬季低溫施工時(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)措施不當(dāng)，混凝土忽冷忽熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。

1.2 收縮引起的裂縫

在橋梁混凝土工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是很常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因?；炷潦湛s裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細(xì)，且縱橫交錯(cuò)，成龜裂狀，形狀無規(guī)則。

研究表明，影響混凝土產(chǎn)生收縮裂縫的主要因素有：

水泥品種、標(biāo)號(hào)及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高，普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。水泥標(biāo)號(hào)越低、單位體積用量越大，細(xì)度模數(shù)越大，則混凝土收縮越大，且收縮時(shí)間越長。

骨料品種。骨料中石英巖、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石巖等吸水率較小，其收縮性較低；而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大，其收縮性較高；骨料粒徑大收縮小，其含水量越大收縮越小。

水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。

外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。

養(yǎng)護(hù)方法。良好的養(yǎng)護(hù)可加速混凝土的水化反應(yīng)，獲得較高的混凝土強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時(shí)保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長，則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護(hù)方式比自然養(yǎng)護(hù)方式混凝土收縮要小。

外界環(huán)境。大氣中濕度小、空氣干燥、溫度高、風(fēng)速大，則混凝土水分蒸發(fā)快，混凝土收縮快。

1.3 施工材料質(zhì)量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

水泥

Ⅰ.水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)。氧化鈣在凝結(jié)過程中水化很慢，在水泥混凝土凝結(jié)后仍然繼續(xù)起水化作用，可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強(qiáng)度下降。

Ⅱ.水泥出廠時(shí)強(qiáng)度不足，水泥受潮或過期，可造成混凝土強(qiáng)度不足，從而導(dǎo)致混凝土開裂。

Ⅲ.當(dāng)水泥含堿量較高，同時(shí)又使用含有堿活性的骨料，可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)。

砂、石骨料

砂石的粒徑、級(jí)配、雜質(zhì)含量。

砂石粒徑太小、級(jí)配不良、空隙率大，將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大，影響混凝土的強(qiáng)度，使混凝土收縮加大，如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂，后果更嚴(yán)重。砂石中云母的含量較高，將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力，降低混凝土強(qiáng)度。砂石中含泥量高，不僅將造成水泥和拌和水用量加大，而且還降低混凝土強(qiáng)度和抗凍性、抗?jié)B性。砂石中有機(jī)質(zhì)和輕物質(zhì)過多，將延緩水泥的硬化過程，降低混凝土強(qiáng)度，特別是早期強(qiáng)度。砂石中硫化物可與水泥中的鋁酸三鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，體積膨脹2.5倍。

拌和水及外加劑。拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時(shí)對(duì)鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土，或采用含堿的外加劑，可能對(duì)堿骨料反應(yīng)有影響。

1.4 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫，特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，比較典型常見的有：

混凝土保護(hù)層過厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

混凝土振搗不密實(shí)、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，是導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點(diǎn)。

混凝土澆筑過快，混凝土流動(dòng)性較低，在硬化前因混凝土沉實(shí)不足，硬化后沉實(shí)過大，容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫，即塑性收縮裂縫。

混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長，使水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過小，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急其干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的 收縮裂縫。用泵送混凝土施工時(shí)，為保證混凝土的流動(dòng)性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時(shí)收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

混凝土分層或分段澆筑時(shí)，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。

混凝土早期受凍，使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋，或局部剝落，或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。

施工時(shí)模板剛度不足，在澆筑混凝土?xí)r，由于側(cè)向壓力的作用使得模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。

施工時(shí)拆模過早，混凝土強(qiáng)度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

施工前對(duì)支架壓實(shí)不足或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

施工質(zhì)量控制差。任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料計(jì)量不準(zhǔn)，結(jié)果造成混凝土強(qiáng)度不足和其他性能（和易性、密實(shí)度）下降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

2 預(yù)防裂縫的措施

2.1 控制好混凝土原材料的質(zhì)量和混凝土配合比的選擇

水泥。水泥應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn),選用水泥時(shí),應(yīng)以能使所配制的混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求、收縮性小、和易性好和節(jié)約水泥為原則。同時(shí)應(yīng)注意其特性對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久性和使用條件是否有不利影響。

細(xì)骨料。要求采用級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、顆料干凈、粒徑小于5mm,并盡量使用河砂。砂中雜質(zhì)的含量應(yīng)通過試驗(yàn)測定,其最大含量不應(yīng)超過規(guī)范規(guī)定。

粗骨料。應(yīng)采用堅(jiān)硬的碎石,由于橋梁各結(jié)構(gòu)部位的鋼筋不同，因此要嚴(yán)格控制骨料的粒徑,盡可能采用連續(xù)級(jí)配,施工前應(yīng)對(duì)所用碎石進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)。

拌和水及外加劑。拌制混凝土的用水不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)或油脂、糖類及游離酸類等。如需添加外加劑,則應(yīng)根據(jù)外加劑的特點(diǎn),結(jié)合使用目的和混凝土澆注時(shí)的季節(jié)環(huán)境來確定外加劑的使用品種。使用前應(yīng)檢驗(yàn)其效果,摻量要準(zhǔn)確。

合理選擇混凝土配合比。在配制混凝土配合比時(shí)應(yīng)考慮施工季節(jié)、結(jié)構(gòu)形狀、模板形式、混凝土強(qiáng)度等級(jí)等因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)抗裂性能的影響。在施工中,施工單位往往只注重混凝土強(qiáng)度而忽視其變形特性和工作性,而混凝土變形特性和工作性恰好是混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因所在。

2.2 提高施工工藝質(zhì)量

要注意支架和模板的沉陷及變形。支架沉陷、模板變形是引起早期裂縫的原因之一，對(duì)于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，支架及模板必須進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和荷載預(yù)壓。

確?；炷恋陌韬唾|(zhì)量。拌制混凝土配料時(shí),各種衡器應(yīng)保持準(zhǔn)確。混凝土拌和物應(yīng)拌和均勻,顏色一致,不得有離析和泌水現(xiàn)象?；炷涟韬臀锏奶涠?，應(yīng)在攪拌地點(diǎn)和澆注地點(diǎn)分別取樣檢測，同時(shí)還應(yīng)觀察其粘聚性和保水性。

提高混凝土的澆注工藝。澆注混凝土?xí)r,除少量塑性混凝土可用人工搗實(shí)外,宜采用振動(dòng)器械搗實(shí)?；炷翝沧?yīng)連續(xù)進(jìn)行,如因故必須間斷時(shí)，其間斷時(shí)間應(yīng)小于前層混凝土的初凝時(shí)間。應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防其貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

做好混凝土的養(yǎng)護(hù)。混凝土養(yǎng)護(hù)的好壞直接關(guān)系到是否出現(xiàn)收縮或溫度裂縫的重要環(huán)節(jié)，一般混凝土澆注后，應(yīng)在收漿后盡快給予覆蓋和灑水養(yǎng)護(hù)。每天灑水?dāng)?shù)次以保持混凝土表面經(jīng)常處于濕潤狀態(tài)。

2.3 加強(qiáng)夏季高溫和冬季低溫時(shí)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)施工的保護(hù)措施。對(duì)于在夏季高溫和冬季低溫狀態(tài)下施工的混凝土結(jié)構(gòu)，除按正常要求施工外,還要根據(jù)實(shí)際情況采取多種有效措施以預(yù)防混凝土開裂。

3 總結(jié)

總之，混凝土橋梁裂縫是橋梁工程施工中容易產(chǎn)生和難以防范的一個(gè)重要問題，如處理不當(dāng)，將直接影響橋梁的工程質(zhì)量，并有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。橋梁裂縫成因復(fù)雜、多樣，必須具體問題具體分析，正確把握問題的實(shí)質(zhì)，從而在施工過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，合理采取相應(yīng)對(duì)策加以防治。有關(guān)混凝土橋梁裂縫的研究與探討，對(duì)發(fā)現(xiàn)、合理分析和有效控制裂縫具有重要的實(shí)際意義。

[1]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041-2000）.北京：人民交通出版社，2000

[2]公路施工手冊(cè)-橋涵.北京：人民交通出版社，1999

[3]公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程(JTJ053-94）.北京:人民交通出版社，1994.