橋梁工程施工中混凝土裂縫控制探究

【摘 要】近年隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)展，各地興建了大量的公路橋梁。但是混凝土的裂縫較為普遍，在各種結(jié)構(gòu)工程中裂縫幾乎無(wú)所不在，困擾著公路橋梁工程技術(shù)人員。本文主要針對(duì)公路橋梁施工中的混凝土裂縫的危害與種類、公路橋梁工程施工中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析以及路橋工程施工混凝土裂縫的防治與處理措施進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】橋梁工程施工；混凝土裂縫；控制措施

一、橋梁施工中混凝土裂縫概述

一般來(lái)講，橋梁施工中混凝土裂縫可分為溫度引起的裂縫、收縮引起的裂縫、鋼筋銹蝕引起的裂縫、沉降引起的裂縫、凍脹引起的裂縫、施工材料質(zhì)量引起的裂縫及施工裂縫等。

1、溫度變化引起的裂縫?；炷辆哂袩崦浝淇s性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化時(shí).混凝土將發(fā)生變形，一旦變形受阻，則會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力.當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中。溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出活載應(yīng)力。

2、收縮引起的裂縫。收縮裂縫是混凝土因收縮而發(fā)生的體積變化，它主要包括塑性收縮裂縫和干縮裂縫。塑性收縮裂縫主要發(fā)生在初凝開(kāi)始，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)之前.此時(shí)水泥水化反應(yīng)劇烈，會(huì)出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮。收縮時(shí)，表層受到深層混凝土以及模板、鋼筋的制約，使由軟變硬中的塑態(tài)混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而形成微裂縫。而干縮裂縫則多發(fā)生在混凝土硬化前后.此時(shí)混凝土表層水分散發(fā)快，內(nèi)部散發(fā)慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮。表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束.致使表面混凝土承受拉力，當(dāng)表面混凝土受到的拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。

3、沉降引起的裂縫。由于基礎(chǔ)產(chǎn)生豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力。當(dāng)其超過(guò)混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

4、鋼筋銹蝕引起的裂。由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表而，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介人.鋼筋中鐵離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞。鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來(lái)增長(zhǎng)約24倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開(kāi)裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱。結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其他形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

5、凍脹引起的裂縫。混凝土構(gòu)件是非勻質(zhì)密實(shí)構(gòu)件，其內(nèi)部存在各種空隙，當(dāng)處于吸水飽和狀態(tài)的混凝土溫度低于0℃時(shí)，內(nèi)部水分凍結(jié)，體積膨脹9%，使混凝土因膨脹而產(chǎn)生拉應(yīng)力導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。冬季施工時(shí)，對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施，也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。溫度低于0℃和混凝土吸水飽和，是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。另外，當(dāng)混凝土中骨料空隙多、吸水性強(qiáng)，骨料中含泥土等雜質(zhì)過(guò)多；混凝土水灰比偏大、振搗不密實(shí)；養(yǎng)護(hù)不足使混凝土早期受凍等，均可能導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。

二、公路橋梁工程施工中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析

1、溫度變化.我國(guó)大部分地區(qū)，四季分明，春夏和秋冬之交晝夜溫差極大、降水較少、風(fēng)沙較大、空氣相對(duì)干燥。公路橋梁工程施工過(guò)程中容易受到外界環(huán)境氣候的影響，溫度變化導(dǎo)致的混凝土裂縫主要是表面裂縫，走向無(wú)規(guī)律性。如體積較大的混凝土柱，澆筑完成后水泥水化會(huì)放熱，內(nèi)部溫度會(huì)升高，導(dǎo)致內(nèi)外溫差較大產(chǎn)生裂縫。晝夜溫差大和炎熱干燥的天氣會(huì)導(dǎo)致混凝土凝固速度不一，水分蒸發(fā)過(guò)快也容易造成路面或其他部位開(kāi)裂。而深層貫穿裂縫則是由于公路橋梁結(jié)構(gòu)溫差較大，受外界約束產(chǎn)生形變，應(yīng)力不足被拉裂。公路橋梁工程施工過(guò)程中混凝土板、柱澆筑完成后需要盡快進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，而有時(shí)因?yàn)榧竟?jié)和地區(qū)特點(diǎn)，氣候炎熱干燥，風(fēng)沙也較多，對(duì)工程養(yǎng)護(hù)帶來(lái)了較大困難，容易造成混凝土結(jié)構(gòu)裂縫、麻面或蜂窩。

2、橋梁荷載.橋梁荷載引起的裂縫主要包括直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫。在橋梁受力部位大量堆放施工材料及工具、未按照?qǐng)D紙施工、改變施工順序?qū)е聵蛄航Y(jié)構(gòu)受力改變等均會(huì)引起橋梁直接應(yīng)力裂縫；而施工中開(kāi)槽、鑿洞等操作由于難以準(zhǔn)確進(jìn)行計(jì)算和受力模擬，容易造成開(kāi)孔部位集中受力，產(chǎn)生次應(yīng)力裂縫。

3、地基變形.公路橋梁工程施工過(guò)程中混凝土澆筑受到重力作用，一方面產(chǎn)生基礎(chǔ)和支架的不均勻下沉，導(dǎo)致混凝土局部形變；另一方面混凝土中較重的顆粒沉降，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)不均勻，都會(huì)在于模板的相互作用下產(chǎn)生裂縫。公路橋梁工程施工過(guò)程中由于地基基礎(chǔ)發(fā)生垂直沉降導(dǎo)致公路橋梁產(chǎn)生形變，超過(guò)混凝土結(jié)構(gòu)本身的抗拉能力后就會(huì)開(kāi)裂。一般混凝土澆筑后10min到3h內(nèi)會(huì)出現(xiàn)。

4、施工材料質(zhì)量及施工工藝問(wèn)題.公路橋梁工程施工過(guò)程中由于使用質(zhì)量存在問(wèn)題的混凝土或由于施工工藝落后導(dǎo)致混凝土保護(hù)層厚度不足，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部鋼筋受到侵蝕氧化。鋼筋銹蝕后體積會(huì)膨脹，對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生擠壓，形成沿鋼筋縱向的混凝土裂縫。當(dāng)然，使用存在質(zhì)量問(wèn)題的施工材料也是導(dǎo)致工程適量問(wèn)題的必然因素。

三、公路橋梁施工中的混凝土裂縫控制

1、優(yōu)選材料

（1）水泥。在選用水泥品種時(shí)應(yīng)兼顧水泥水化熱和收縮作用，應(yīng)盡量選用低水化熱、低收縮的水泥，由于水泥礦物內(nèi)發(fā)熱速率最快且發(fā)熱量最大的是鋁酸三鈣，并且水泥越細(xì)則其發(fā)熱速率越快，但其不影響最終發(fā)熱量，因此在選用水泥時(shí)應(yīng)盡量選用礦渣硅酸鹽水泥和火山灰水泥，同時(shí)應(yīng)充分利用其后期強(qiáng)度以減少水泥用量，由于橋梁混凝土尤其是大體積混凝土施工工期較長(zhǎng)，施工后不可能在28d內(nèi)施加荷載，因此可將混凝土標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的齡期適當(dāng)延長(zhǎng)，即充分利用其后期強(qiáng)度。

（2）骨料。橋梁混凝土所采用的粗骨料應(yīng)采用連續(xù)級(jí)配、粒徑良好、低彈性模量的骨料，細(xì)骨料應(yīng)控制其細(xì)度模數(shù)在2.7～3.1范圍內(nèi)，且應(yīng)控制其含泥量最低，砂率最佳值為0.33，以免因砂率過(guò)高形成粗骨料多、細(xì)骨料少而增加收縮，宜導(dǎo)致開(kāi)裂同時(shí)應(yīng)盡量降低砂石的吸水率以利于降低收縮。

（3）粉煤灰。在混凝土內(nèi)摻加粉煤灰可減少水泥用量即水泥水化熱量，并可改善混凝土和易性，利于增加其密實(shí)度，提高抗?jié)B能力，并可降低混凝土的最終收縮值，混凝土內(nèi)的粉煤灰主要起物理填充作用并可增強(qiáng)粉末效應(yīng)，因此可增強(qiáng)密實(shí)度及減少沁水和離析現(xiàn)象，同時(shí)其尚可延緩水化熱峰值出現(xiàn)時(shí)間及降低溫度峰值。

（4）外加劑。在混凝土內(nèi)摻加適量減水劑可改善混凝土的和易性，并可降低水灰比以減少水泥用量；摻加緩凝劑可延緩混凝土放熱峰值出現(xiàn)時(shí)間而利于減少裂縫出現(xiàn)的概率；摻加膨脹劑來(lái)代替水泥并使混凝土產(chǎn)生適度膨脹，適度膨脹可抵消混凝土內(nèi)部分拉應(yīng)力而減少裂縫生成的可能性。

2、施工期間預(yù)防控制

（1）首先，嚴(yán)格按照澆筑順序進(jìn)行施工，振搗時(shí)間應(yīng)均勻一致，不得出現(xiàn)施工冷縫，同時(shí)分排進(jìn)行施工澆筑，施工縫留在后澆帶處。其次，模板、預(yù)埋件等在施工中無(wú)損壞或變形現(xiàn)象，必須保護(hù)措施得當(dāng)，同時(shí)必須根據(jù)振搗棒的鋪料間歇時(shí)間、有效震動(dòng)長(zhǎng)度來(lái)確定澆筑時(shí)間。再次，澆注完畢后，表面要抹平、壓實(shí)，排除泌水，清除多余灰漿。最后，必須在定漿后進(jìn)行二次抹壓、二次復(fù)振，以防止出現(xiàn)表面與松頂干縮裂縫的產(chǎn)生。

（2）應(yīng)考慮高溫，高蒸發(fā)引起拌和物塌落度的損失，適當(dāng)調(diào)整混凝士配合比增加用水量，加大水灰比，為避免混凝土下降可添加適量的高效減水劑。這些是混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮的問(wèn)題。

（3）在高溫下必須采取遮陽(yáng)灑水措施來(lái)降低砂、石料的使用溫度，因?yàn)樯?、碎石等材料在混凝土中所占比例大約為80%。

（4）為緩解混凝土急劇收縮可適當(dāng)摻入緩凝劑。因?yàn)槠胀ü杷猁}水泥是橋梁工程常用的水泥，而普通硅配鹽水泥水化熱高，混凝土蒸發(fā)收縮凝固較快，這樣就會(huì)使混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

（5）當(dāng)遭遇酷暑高溫的時(shí)候，可以在夜間施工，以避免高溫烈日?；蛘邽榱烁纳苹炷翝沧⒑鬁囟冗^(guò)高，可在水中加冰塊降低混凝土拌合用水的溫度，因?yàn)楫?dāng)酷暑高溫，混凝土拌合用水均在30攝氏度以上。

3、施工中裂縫補(bǔ)修控制

（1）嵌縫補(bǔ)修。嵌縫修補(bǔ)是在混凝土的裂縫處進(jìn)行開(kāi)槽，將止水材料填充進(jìn)開(kāi)好的槽里，這樣不但可以保證裂縫外觀平整，還可以封堵裂縫。

（2）表面補(bǔ)修。表面補(bǔ)修有時(shí)可以使用環(huán)氧膠泥進(jìn)行涂抹，通常是在裂縫的表面涂上水泥漿進(jìn)行修補(bǔ)；也可在裂縫表面粘附一些玻璃纖維布以確保修補(bǔ)的完整性，這是在混凝土的裂縫繼續(xù)開(kāi)裂的情況下可以采取的方法。

（3）結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)修。在公路橋梁施工中，有些裂縫可能會(huì)使混凝土的結(jié)構(gòu)性能發(fā)生改變。此時(shí)必須采取結(jié)構(gòu)加固法來(lái)進(jìn)行混凝土加固。這種方法可以采取增加混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積、加固支點(diǎn)增加混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力及混凝土補(bǔ)強(qiáng)措施。

（4）灌漿補(bǔ)修。當(dāng)裂縫較深較寬而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)有嚴(yán)重影響時(shí)，或者橋梁對(duì)防滲有一定要求時(shí)必須采取灌漿修補(bǔ)。當(dāng)裂縫比較嚴(yán)重時(shí)，可用甲基丙烯酸醋及聚氨醋等作為漿質(zhì)料；

通常情況下，漿質(zhì)材料一般采用水泥漿或環(huán)氧聚合物。這種方法主要是將漿質(zhì)料用真空壓力裝置壓進(jìn)裂縫之中，并且隨著時(shí)間的推移而不斷硬化，混凝土與漿質(zhì)料形成穩(wěn)定的整體，從而消除混凝土裂縫。

結(jié)語(yǔ)

總之，公路橋梁工程施工中混凝土裂縫的防治是一項(xiàng)系統(tǒng)而又復(fù)雜的工作。以上筆者從混凝土的結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性的裂縫這兩個(gè)方面進(jìn)行的論述。作為現(xiàn)代施工企

業(yè)應(yīng)在注重效益的同時(shí)注重施工質(zhì)量的控制，尤其是混凝土裂縫的控制尤為重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]李浩.探討公路橋梁混凝土裂縫的處理措施[J].科技信息，2009，（31）.

[2]鄧?yán)?論公路橋梁混凝土裂縫成因及有效預(yù)防措施[J].科技致富向?qū)В?011，（05）.