橋梁施工中混凝土裂縫成因和處理對策

毛忠偉，陳勝軍

(貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550000)

?

橋梁施工中混凝土裂縫成因和處理對策

毛忠偉，陳勝軍

(貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550000)

混凝土材料本身具有良好的可操作性、抗壓性能，在實(shí)際工程的使用中施工作業(yè)方便，因而得到了廣泛的應(yīng)用。但是，混凝土同時(shí)也具有容易開裂，抗拉能力較差等問題，因此需要在施工中重視對可能導(dǎo)致混凝土裂縫因素的控制，從而維護(hù)橋梁工程整體質(zhì)量。

橋梁；混凝土；裂縫；成因

1 混凝土工程裂縫的成因分析

1.1 收縮裂縫

(1)塑性收縮

通常發(fā)生在澆筑施工完成后月4～5 h以內(nèi)，導(dǎo)致塑性收縮的原因主要是混凝土自身的水化熱作用。由于大體積混凝土存在截面尺寸大的特征，導(dǎo)致水化熱量匯集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部無法散發(fā)，從而致使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部快速達(dá)到高溫狀態(tài)。在整個(gè)升溫階段，混凝土出現(xiàn)充分的硬化，而彈性模量則偏小，因而拉應(yīng)力不高，造成混凝土表面裂縫。

(2)干縮裂縫

在混凝土硬化之后，往往容易出現(xiàn)干縮裂縫，由于混凝土內(nèi)部失水速度相較于表面失水速度要慢，可能會(huì)導(dǎo)致收縮不均勻的現(xiàn)象，從而致使其表面的收縮程度大于內(nèi)部收縮程度，引起內(nèi)外拉力，一旦拉力超過了構(gòu)件抗拉強(qiáng)度，將導(dǎo)致收縮裂縫。

1.2 凍脹造成的裂縫

凍脹裂縫的產(chǎn)生，主要是因?yàn)榛炷廖柡?，同時(shí)其溫度低于0 ℃，導(dǎo)致冰凍現(xiàn)象的發(fā)生，在水結(jié)成冰之后，整體體積會(huì)增加，混凝土就會(huì)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，促使其表面出現(xiàn)凍脹裂縫。

1.3 荷載與應(yīng)力變化導(dǎo)致裂縫

(1)次應(yīng)力裂縫

由于荷載的作用，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生次生應(yīng)力，使混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際的工作狀態(tài)不符合常規(guī)計(jì)算要求，導(dǎo)致次應(yīng)力的產(chǎn)生，進(jìn)而發(fā)生開裂。在對混凝土受力構(gòu)件挖孔時(shí)，力流會(huì)出現(xiàn)繞射，并集中于孔洞周圍，進(jìn)而產(chǎn)生集中應(yīng)力，導(dǎo)致受力構(gòu)件變形或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角裂縫。

(2)直接應(yīng)力裂縫

直接應(yīng)力裂縫主要是由于荷載作用導(dǎo)致的直接應(yīng)力造成，而原因通常包括設(shè)計(jì)不合理、計(jì)算模型不準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)剛度不夠、預(yù)制構(gòu)件安裝不規(guī)范，以及內(nèi)力與配筋計(jì)算不準(zhǔn)確等多種，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的受力模式發(fā)生改變。

(3)內(nèi)外約束因素

混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生變形時(shí)，必然會(huì)受到一定約束力，阻礙混凝土的變形，如果該結(jié)構(gòu)變形強(qiáng)度超過了自身的拉伸極限，就會(huì)出現(xiàn)混凝土裂縫。在橋梁混凝土裂縫中，非貫穿的表面裂縫主要來自于變形變化引起的自約束應(yīng)力，當(dāng)混凝土厚度超過50 cm時(shí)，有可能發(fā)生自約束應(yīng)力，造成混凝土表面裂縫。

2 橋梁混凝土裂縫的防治措施

2.1 裂縫的預(yù)防

(1)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程

在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要點(diǎn)在于預(yù)防荷載裂縫，避免結(jié)構(gòu)突變、斷面突變問題，應(yīng)當(dāng)按照所計(jì)劃好的細(xì)部處理方式，通過采用圓角、增加斜向鋼筋的方式，將突變轉(zhuǎn)化為漸變。同時(shí)還需要預(yù)防溫度變化，通過增加構(gòu)造鋼筋，加強(qiáng)厚度低于60 cm的薄壁結(jié)構(gòu)實(shí)施抗裂防護(hù)。

(2)混凝土配合比優(yōu)化

結(jié)合工程實(shí)況、特點(diǎn)與難點(diǎn)，周密詳細(xì)地設(shè)計(jì)混凝土配合比，合理掌握水灰比及砂率，通?？刂茷椋核冶?.40～0.43、砂率38%～42%、拌和水用量175 kg/m3、混凝土初凝時(shí)間在12 h以上、摻入I級粉煤灰和適量S95磨細(xì)礦粉和外加劑、混凝土的總堿含量不超過3 kg/m3。

(3)預(yù)防非結(jié)構(gòu)性裂縫

支架搭設(shè)、基礎(chǔ)處理方法主要用于防止塑性裂縫，在施工中，應(yīng)當(dāng)確保施工設(shè)計(jì)具備科學(xué)性，通過支架的全面積預(yù)壓，消除非彈性形變。采取必要的養(yǎng)護(hù)措施以降低失水速率，以防塑性收縮裂縫。

(4)科學(xué)把握施工環(huán)節(jié)

在施工前，嚴(yán)格設(shè)定混凝土的運(yùn)輸方案、澆筑量、澆筑時(shí)間，以及施工縫的間距、位置等?？梢栽谧兘孛嫣?，或者應(yīng)力相對較小的地方，設(shè)置垂直分割線，確保澆筑的連續(xù)行，盡量避免晝夜溫差大的狀況，嚴(yán)格控制施工環(huán)境的實(shí)際溫度，達(dá)到避免收縮裂縫的目的。另外，需要精確鋼筋、模板的安裝位置，并確保安裝牢固，避免混凝土澆筑過程中出現(xiàn)變形問題。在實(shí)施澆筑振搗的過程中，振搗棒應(yīng)當(dāng)快插慢拔，嚴(yán)格控制振搗的時(shí)間，從而避免過振或漏振問題。

(5)分層分塊澆筑

混凝土的澆筑施工除了保持連續(xù)性，還需要嚴(yán)格控制澆筑厚度，一般以30～50 cm為宜。澆筑施工可分層分塊進(jìn)行，以利于控制間歇時(shí)間。由于混凝土的初凝時(shí)間往往受到多種因素的影響，因此需要事先進(jìn)行測試，若層間間隔時(shí)間超過混凝土的初凝時(shí)間，則需要設(shè)置施工縫?；炷翝仓栌傻屯哌M(jìn)行，在混凝土供應(yīng)量充足時(shí)可以進(jìn)行同時(shí)澆筑。此外，二次振搗工藝對混凝土十分有利。

2.2 裂縫的處理

(1)表面修補(bǔ)法

混凝土表面裂縫的修補(bǔ)，主要適用于一些不會(huì)影響構(gòu)件承載力的裂縫處理，是通過在裂縫表面涂抹水泥漿、瀝青或油漆的方法，達(dá)到修補(bǔ)的目的。為了防止混凝土由于外部條件影響，致使裂縫惡化，可在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布。

(2)結(jié)構(gòu)加固法

如果構(gòu)件裂縫偏大，可能影響構(gòu)件自身性能，則應(yīng)當(dāng)此阿勇結(jié)構(gòu)加固法，處理混凝土構(gòu)件裂縫問題。通常采用的方法包括：加大構(gòu)件的截面積、使用粘貼鋼板、外包型鋼，或者增設(shè)支點(diǎn)、實(shí)施預(yù)應(yīng)力加固等。

(3)嵌縫、灌漿封堵法

①嵌縫封堵法是沿裂縫鑿槽，嵌填剛性止水、塑性等材料，對裂縫實(shí)施封堵，實(shí)現(xiàn)修補(bǔ)處理的方法，常用的塑性材料包括丁基橡膠、塑料油膏等；②灌漿法，是通過使用壓力設(shè)備，將膠結(jié)材料壓入裂縫中，使其發(fā)生硬化，與混凝土構(gòu)件結(jié)合為一體，起到加固作用，常見的膠結(jié)材料包括環(huán)氧樹脂、聚氨酯、水泥漿等。

(4)混凝土置換法

如果混凝土構(gòu)件出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的損壞，則需要采用置換法處理，首先剔除其中損壞的混凝土，使用新的混凝土材料進(jìn)行置換，常用的置換材料包括普通水泥砂漿、混凝土、改性聚合物砂漿或者混凝土等。

(5)電化學(xué)防護(hù)

電化學(xué)防護(hù)方法主要包括陰極防護(hù)法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法等，其原理是通過外加電場的方式，引起介質(zhì)電化學(xué)作用，從而改變橋梁工程混凝土結(jié)構(gòu)的外部環(huán)境狀態(tài)，在防腐的同時(shí)維護(hù)整體結(jié)構(gòu)，達(dá)到延長公路橋梁使用壽命的目的。

[1] 沈碧偉.新建隧道混凝土裂縫處理技術(shù)[J].建筑技術(shù),2014,45(2):167-169.

[2] 韓峰.對混凝土裂縫自愈合的研究[J].山西建筑,2014,40(10):110-111.

[3] ?；葑?公路橋梁施工中混凝土裂縫的原因及對策分析[J].黑龍江交通科技,2014(1):94.

2016-07-29

毛忠偉(1985-)，男，貴州湄潭人，助理工程師，主要從事工作安全技術(shù)管理研究。

U445.7

C

1008-3383(2016)11-0118-01