橋梁施工中鋼筋混凝土裂縫的成因及防范措施

許焱 王道峰

摘要： 混凝土是橋梁建設(shè)中的主要材料之一，橋梁80%以上的構(gòu)件均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。盡管我們已采取各種措施，但在各結(jié)構(gòu)施工過程中混凝土產(chǎn)生的裂縫卻無所不在。為了盡量避免工程中危害較大的裂縫和控制可克服裂縫的產(chǎn)生，本文對(duì)橋梁混凝土施工過程中所產(chǎn)生的裂縫成因作了較為深入的分析，以便在施工過程中采取行之有效的控制措施，保證混凝土結(jié)構(gòu)的使用功能及安全性能。

關(guān)鍵詞： 橋梁施工鋼筋混凝土裂縫防范措施處理方法

1.橋梁施工中鋼筋混凝土裂縫的種類及產(chǎn)生的原因

1.1混凝土干縮裂縫。

干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間內(nèi)，或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥砂漿中水分蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而引起變形不同的結(jié)果。材料缺陷也容易引起混凝土表面干縮裂縫，研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，絕對(duì)體積減小，毛細(xì)孔縫中水溢出產(chǎn)生毛細(xì)壓力，使得混凝土產(chǎn)生毛細(xì)收縮，由此引起水泥砂漿的干縮值為0.1%—0.2%，混凝土的干縮值為0.04%—0.06%，而混凝土的極限拉伸值只有0.01%—0.02%，所以當(dāng)其大于混凝土的極限拉伸值即產(chǎn)生裂縫［１］。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度多在0.05—0.2ｍｍ之間，大體積混凝土中平面部位多見，較薄的梁板中多沿其短向分布。

1.2混凝土塑性收縮裂縫。

塑性收縮是指混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬兩端細(xì)且長(zhǎng)短不一、互不連貫的狀態(tài)。其產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋夯炷猎诮K凝前幾乎沒有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小，或者混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí)，受高溫或較大風(fēng)力的影響，表面失水過快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度又無法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時(shí)間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等。

1.3地基變形、沉陷引起的裂縫。

這類裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)物地基土質(zhì)松軟，或回填土不實(shí)造成不均勻沉降；或者因?yàn)槟０鍎偠炔蛔?，模板支撐間距過大或支撐底部松動(dòng)等，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關(guān)，較大的沉陷裂縫往往有一定的錯(cuò)位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。地基變形穩(wěn)定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

1.4溫度變化引起的裂縫。

溫度裂縫一般是由于大氣溫度變化、周圍環(huán)境溫度太高或者大體積混凝土施工時(shí)產(chǎn)生的水化熱等因素造成。

1.4.1水化熱。在施工過程中，大體積混凝土（厚度超過2．0m）澆筑之后由于水泥水化放熱，因而內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，表面出現(xiàn)裂縫。施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥單位用量，降低骨料入模溫度，降低內(nèi)外溫差，并緩慢降溫，必要時(shí)可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部散熱或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。有關(guān)研究表明［2］，當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差10℃時(shí)，冷縮值為0.01%，如果混凝土內(nèi)外溫差20℃—30℃時(shí)，其冷縮值為0.02%—0.03%，而混凝土的極限拉伸值只有0.01%—0.02%，當(dāng)其大于混凝土極限拉伸值時(shí)混凝土就開裂。

1.4.2養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)施工措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫常縱橫交錯(cuò)；梁板類長(zhǎng)度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長(zhǎng)邊分段出現(xiàn)，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細(xì)，而冷縮裂縫的粗細(xì)變化不太明顯。此種裂縫會(huì)引起鋼筋銹蝕，混凝土碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。

1.5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，則容易產(chǎn)生表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫，特別是細(xì)長(zhǎng)薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)［2］。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度產(chǎn)生的原因比較典型常見的有以下幾個(gè)。

1.5.1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。

1.5.2混凝土振搗不密實(shí)、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或成為其他荷載裂縫的起源點(diǎn)。

1.5.3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。

1.5.4混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長(zhǎng)，使水分蒸發(fā)過多，引起混凝土坍落度過低，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

1.5.5混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急劇干燥，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。

1.5.6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他原因加大了水灰比，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。

1.5.7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。如混凝土分層澆筑時(shí)，后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑，引起層面之間的水平裂縫；采用分段現(xiàn)澆時(shí)，先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好，新舊混凝土之間黏結(jié)力小或后澆混凝土養(yǎng)護(hù)不到位，導(dǎo)致混凝土收縮而引起裂縫。

1.5.8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。

1.5.9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。

1.5.10施工時(shí)拆模過早?；炷翉?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。

1.5.11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。

1.5.12安裝順序不正確。對(duì)產(chǎn)生的后果認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。如鋼筋混凝土連續(xù)梁滿堂支架現(xiàn)澆施工時(shí)，鋼筋混凝土墻式護(hù)欄若與主梁同時(shí)澆筑，拆架后墻式護(hù)欄往往產(chǎn)生裂縫；拆架后再澆筑護(hù)欄，則裂縫不易出現(xiàn)。

1.5.13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.混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防措施

2.1控制混凝土使用材料和溫升。

2.1.1選用水化熱低的水泥。水化熱是水泥熟料水化放出的熱量。為使混凝土減少升溫，可以在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的前提下，減少水泥用量，盡量選用中低熱水泥。一般工程可選用礦渣水泥或粉煤灰水泥。

2.1.2利用混凝土的后期強(qiáng)度。據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，每立方米的混凝土水泥用量，每增減10千克，混凝土溫度受水化熱影響相應(yīng)升降1℃。因此根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)算并取得設(shè)計(jì)和質(zhì)檢部門的認(rèn)可后，可用f45、f60或f90替代f28作為混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，這樣每立方米混凝土的水泥用量會(huì)減少40—70千克/立方米，相應(yīng)的水化熱溫升也減少4℃—7℃。

利用混凝土后期強(qiáng)度主要是從配合比設(shè)計(jì)入手，并通過試驗(yàn)證明28天之后混凝土強(qiáng)度能繼續(xù)增長(zhǎng)。到預(yù)計(jì)的時(shí)間能達(dá)到或超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

2.1.3摻入減水劑和微膨脹劑。摻加一定數(shù)量的減水劑或緩凝劑，可以減少水泥用量，改善和易性，推遲水化熱的峰值期。而摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥，也可以減少混凝土的溫度應(yīng)力。

2.1.4摻入粉煤灰外摻劑。在混凝土中加入少量的磨細(xì)粉煤灰取代部分水泥，不僅可降低水化熱，還可改善混凝土的塑性。

2.1.5骨料的選用。連續(xù)級(jí)配粗骨料配制的混凝土具有較好的和易性，可減少用水量和水泥用量，具有較高的抗壓強(qiáng)度。另外砂、石含泥量要嚴(yán)格控制。砂的含泥量小于2%，石的含泥量小于1%［3］。

2.1.6降低混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度。首先要降低混凝土拌和溫度。降低混凝土出機(jī)溫度的有效的辦法是降低石子的溫度，在氣溫較高時(shí)，避免太陽直接照射骨料，必要時(shí)向骨料噴射水霧或使用前用冷水沖洗骨料。另外混凝土的裝卸、運(yùn)輸、澆筑等工序都對(duì)溫度有影響。為此，在炎熱的夏季應(yīng)盡量減少?gòu)臄嚢枵镜饺肽５臅r(shí)間。

2.2采用保溫或保濕養(yǎng)護(hù)延緩混凝土降溫速度。

加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，在每次混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時(shí)按溫控技術(shù)措施的要求進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。不同施工季節(jié)應(yīng)選擇不同的混凝土養(yǎng)護(hù)方法。夏季施工時(shí)，要采用草簾覆蓋、蓄水、灑水、噴水等溫降方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；正常氣溫時(shí)，可噴刷養(yǎng)生液養(yǎng)護(hù)；冬季施工時(shí)，可使用保溫材料來提高混凝土的表面溫度，也可用薄膜養(yǎng)生液、塑料薄膜等封閉料對(duì)混凝土保溫、保濕，在寒冷季節(jié)可搭設(shè)擋風(fēng)保溫棚。混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)水泥的品種確定，一般來講，普通水泥的養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14d，礦渣水泥、粉煤灰粉水泥、火山灰水泥及摻加摻和料后的混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間為21d。

2.3改善施工工藝，提高混凝土抗裂能力。

2.3.1采用分層分段法澆筑混凝土，有利于混凝土消化熱的散失，減小內(nèi)外溫差。

2.3.2改善配筋，避免應(yīng)力集中，增強(qiáng)抵抗溫度應(yīng)力的能力?？锥粗車⒆償嗝孓D(zhuǎn)角部位、轉(zhuǎn)角處都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。為此，在孔洞四周增配斜向鋼筋、鋼筋網(wǎng)片，在變截面作局部處理使截面逐漸過渡，同時(shí)增配抗裂鋼筋都能防止裂縫的產(chǎn)生。值得注意的是，配筋要盡可能應(yīng)用小直徑和小間距，按全截面對(duì)稱配置。

2.3.3設(shè)置后澆帶。對(duì)于平面尺寸過大的大體積混凝土應(yīng)設(shè)置后澆帶，以減少外約束力和溫度應(yīng)力；同時(shí)也有利于散熱，降低混凝土的內(nèi)部溫度。

2.3.4做好溫度監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)反映溫差，隨時(shí)指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)，控制混凝土內(nèi)外溫差不超過25攝氏度。

3.混凝土裂縫的處理方法

3.1不影響結(jié)構(gòu)安全的情況下。

經(jīng)過調(diào)查分析，確認(rèn)在裂縫不降低承載力的情況下，采取表面修補(bǔ)法、充填法、注入法等處理方法。

3.1.1表面修補(bǔ)法。該法適用于較窄的縫，用以恢復(fù)構(gòu)件表面美觀和提高耐久性，常用的是沿混凝土裂縫表面鋪設(shè)薄膜材料，一般可用環(huán)氧類樹脂或樹脂浸漬玻璃布。

3.1.2充填法。當(dāng)裂縫較寬時(shí)，可沿裂縫混凝土表面鑿成V形或U形槽，使用樹脂砂漿材料進(jìn)行填充，也可使用水泥砂漿或?yàn)r青等材料。

3.1.3注入法。當(dāng)裂縫寬度較小且較深時(shí)，可采用將修補(bǔ)材料注入混凝土內(nèi)部的修補(bǔ)方法，首先裂縫處設(shè)置注入用管，其他部位用表面處理法封住，使用低黏度環(huán)氧樹脂注入材料，用電動(dòng)泵或手動(dòng)泵注入修補(bǔ)。

3.2影響結(jié)構(gòu)安全的情況下。

如果裂縫影響到結(jié)構(gòu)安全，可采取圍套加固法、鋼箍加固法、粘貼加固法等結(jié)構(gòu)加固法。此方法屬結(jié)構(gòu)加固，須經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算后方可進(jìn)行。

3.2.1圍套加固法。在周圍尺寸允許的情況下，在結(jié)構(gòu)外部一側(cè)或數(shù)側(cè)外包鋼筋混凝土圍套，以增加鋼筋數(shù)量和截面，提高其承載力；對(duì)構(gòu)件裂縫嚴(yán)重，尚未破碎裂透或一側(cè)破裂的，將裂縫部位鋼筋保護(hù)層鑿去，外包鋼絲網(wǎng)一層；大型設(shè)備基礎(chǔ)一般采取增設(shè)鋼板箍帶，增加環(huán)向抗拉強(qiáng)度的方法處理。［3］

3.2.2鋼箍加固法。在結(jié)構(gòu)裂縫部位四周加U型螺栓或型鋼套箍將構(gòu)件箍緊，以防止裂縫擴(kuò)大和提高結(jié)構(gòu)的剛度及承載力。加固時(shí)，應(yīng)使鋼套箍與混凝土表面緊密接觸，以保證共同工作。

3.2.3粘貼加固法。將鋼板或型鋼用改性環(huán)氧樹脂和黏結(jié)劑，黏結(jié)到構(gòu)件混凝土裂縫部位表面，使鋼板或型鋼與混凝土連成整體共同工作。黏結(jié)前，鋼材表面進(jìn)行噴砂除銹，混凝土刷凈干燥，黏結(jié)層厚度為1—4毫米。

4.結(jié)語

綜上所述，在充分了解混凝土裂縫產(chǎn)生的種種原因基礎(chǔ)上，適當(dāng)采取科學(xué)、合理、切實(shí)有效的防范措施，可把混凝土裂縫控制在建筑規(guī)范容許的范圍內(nèi)。實(shí)踐證明，只有從原材料、設(shè)計(jì)、施工等方面加強(qiáng)質(zhì)量控制，才能最大限度地預(yù)防和控制混凝土裂縫的產(chǎn)生，才能保證混凝土結(jié)構(gòu)安全、適用、可靠和耐久的要求，才能保障人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

［1］張小亮.混凝土裂縫成因分析及控制［J］.山西建筑，2010，（2）.

［2］王金杰，薄士威.淺析薄壁混凝土裂縫施工控制技術(shù)［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2011，（1）.

［3］呂克志.溫度作用下蝸殼外圍混凝土裂縫穩(wěn)定性分析［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2012，（2）.