路橋施工中的混凝土裂縫形成的原因與控制技術

李華

（江蘇省東?？h公路管理站,江蘇 連云港 222300）

路橋施工中的混凝土裂縫形成的原因與控制技術

李華

（江蘇省東?？h公路管理站,江蘇 連云港 222300）

混凝土裂縫問題是路橋施工中十分常見的危害性較大的問題，不僅影響路橋工程質量、安全以及美觀，嚴重時還會引起混凝土結構碳化、雨水滲漏、腐蝕路橋內部結構等危害，引發(fā)安全事件。主要分析了導致路橋施工中混凝土裂縫形成的幾個主要原因，并研究有效的控制技術。

路橋施工；混凝土裂縫；原因；控制技術

0 引言

我國路橋建設事業(yè)發(fā)展良好，促進了我國的經濟發(fā)展，但是在路橋施工中經常出現混凝土裂縫問題，影響了路橋工程的質量[1]?；炷潦锹窐蚬こ探ㄔO的主要施工材料，具有保水性、和易性、黏聚性和流動性等特點，工程施工過程中以及工程投入使用后，受到外界作用以及混凝土自身原因影響會導致裂縫形成。以下探討導致路橋施工中混凝土裂縫形成的幾個主要原因，并總結控制裂縫形成的技術要點。

1 路橋施工中混凝土裂縫形成的原因

1.1 溫度變化

在混凝土澆筑硬化過程中，混凝土本身會產生一定的拉應力，在10 MPa左右，當溫度變化過大時，過大的溫度差會導致混凝土拉應力超出本身的抗拉強度上限，這時就會導致混凝土產生裂縫，這類型的裂縫又稱作內約束裂縫[2]。此外，當混凝土硬化凝固后期，溫度會均勻下降，因為混凝土自身具有收縮性，這時極易受到老混凝土墊層、地基等約束作用而產生內部拉應力，進而導致裂縫形成。這類型的裂縫稱作外約束裂縫，通常在施工后3個月或者更長時間內發(fā)生，大部分外約束裂縫位于路基結構中部，裂縫較深甚至貫穿路基，對路基結構整體性有較大的破壞。而且由溫度變化形成的裂縫通常無規(guī)律性的走向，寬度不一但有一定的特點，夏季較窄，冬季較寬。

1.2 荷載作用

路橋混凝土受到荷載作用、次應力作用也會形成裂縫，這類裂縫稱作荷載裂縫，包括直接應力裂縫和次應力裂縫，前者指的是由荷載直接應力作用導致的裂縫，后者指的是由荷載次應力導致的裂縫[3]。直接應力裂縫形成原因主要有3個：一是在結構設計與計算階段不夠合理，假設受力值同實際受力值差距較大，安全系數不高，在設計時未充分考慮施工因素并妥善處理工程構造，為裂縫形成埋下隱患。二是在施工階段沒有嚴格控制施工材料以及機械設備的堆放、安裝、運輸以及起吊等作業(yè)程序，或者沒有嚴格依照工程設計圖紙、施工方案進行施工。三是在路橋投入使用后，路橋承受載荷嚴重超出設計載荷，還有過往船舶以及車輛碰觸等，另外爆炸、地震等事故及自然災害也會引起裂縫。次應力裂縫形成的主要原因有2個：一是在設計荷載時沒有綜合考慮，導致地基結構在實際使用過程中受荷載值同常規(guī)計算有較大的出入，進而導致局部因次應力作用而發(fā)生開裂現象。二是路橋施工中，橋梁結構設計及施工經常需要設置牛腿、鑿洞和開槽等，在實際施工中通常需要根據以往經驗進行受力鋼筋的布置，在受力構建挖孔過程中會產生繞射力流，張力集中而導致裂縫形成。

1.3 地基變形

地基變形也是導致路橋混凝土產生裂縫的主要原因之一，尤其是位于軟弱地基或者處理不當的地基結構中，混凝土澆筑完成后極易因為地基不穩(wěn)發(fā)生沉降而形成裂縫。此外，若是混凝土模板底部松動、支撐間距較大、過早拆?；蛘邉偠炔蛔愕染赡軐е碌鼗料荻纬闪芽p。尤其是在氣溫較低的冬季，凍土是支撐混凝土模板的主要基礎，當氣溫開始回升后凍土會逐漸化凍，這時地基會發(fā)生不均勻沉降，進而導致裂縫形成[4]。由地基導致的混凝土裂縫通常為貫穿性或者深進式的，裂縫位置同地基沉降的方向一致，若沉陷裂縫較大則會發(fā)生錯位，沉陷值越大則裂縫寬度越大，當地基變形趨于穩(wěn)定后，裂縫也會停止發(fā)展。

1.4 化學反應

在路橋施工中，鋼筋銹蝕、堿骨料反應等化學反應也是導致裂縫產生的常見原因。混凝土原料攪拌后可產生堿性離子，這類離子會同原料中的部分活性骨料發(fā)生化學反應，同時將周邊的水分吸收而使自身體積不斷增大，導致攪拌后的混凝土疏松，最終因不斷膨脹而開裂。這類裂縫主要發(fā)生在混凝土結構投入使用階段，一旦裂縫形成很難進行補救，故必須加強施工階段的防控。還有一種情況是，混凝土保護層較薄、質量較差而極易受到二氧化碳等氣體的侵蝕而發(fā)生碳化，導致鋼筋結構及其周邊混凝土的堿度減弱，此外氯化物侵蝕也會破壞鋼筋結構表面的氧化層保護膜，這時鋼筋結構中的鐵離子會同混凝土結構的水分、氧氣發(fā)生化學反應而產生銹蝕，銹蝕反應生成的氫氧化鐵相比原本的鋼筋結構體積至少擴大2～4倍，因此會對周邊混凝土形成膨脹應力作用，最終導致混凝土剝離、開裂。

1.5 收縮裂縫

在路橋施工中，為了確?；炷恋暮鸵仔裕谠蠑嚢钑r會加入較多的水，當這部分水蒸發(fā)后，混凝土內部結構就會留下很多毛細孔而發(fā)生體積收縮，即游離水蒸發(fā)收縮。同時，水泥的水化作用同樣會導致混凝土體積收縮，稱作混凝土自收縮。混凝土由于收縮產生裂縫又分為3種類型：一是由于沉降收縮而引起裂縫，沉降收縮主要是混凝土澆筑結束，水泥漿上浮而骨料顆粒下沉，并受到大骨料、預埋件或者鋼筋結構阻擋而導致混凝土材料相互分離，混凝土結構不均勻沉降，因此形成裂縫。二是塑性收縮導致的裂縫，塑性收縮指的是在混凝土凝結前，其表層水分蒸發(fā)較快而導致收縮。在普通混凝土拌合料中，水分比較少，極易受到毛細孔與沁水雙重作用而發(fā)生體積縮小，但質地較均勻，因此不宜發(fā)生塑性收縮裂縫。而泵送混凝土因為水分含量較高，遇到高溫、干燥且風速較大的施工環(huán)境，則水分蒸發(fā)速度會明顯超過混凝土自身毛細管提水與沁水速度，混凝土表層失水過快，體積收縮較大，若混凝土還未充分硬化具備足夠的強度，極易形成塑性收縮裂縫。而對于商品混凝土而言，其運輸距離比較長，因此施工單位為了減少運輸過程中混凝土的流動性損失，會采取添加保塑劑、緩凝劑的措施，這樣反而會增加混凝土產生塑性收縮縫的風險，這是因為添加劑會導致混凝土塌落度以及模板側向力增加，從而更易產生塑性裂縫。三是由于干燥收縮而導致的混凝土裂縫，干燥收縮指的是混凝土硬化之后隨著時間增加產生水分蒸發(fā)而發(fā)生的，主要是水泥干燥引起的，并且具有不可逆性。混凝土硬化后蒸發(fā)干燥的過程較漫長，通常在混凝土硬化后1個月甚至18個月左右，裂縫多發(fā)生于混凝土表層，且較細微。但是因為鋼筋銹蝕與碳化作用的影響，干燥收縮裂縫還會對混凝土薄壁結構的耐久性與抗?jié)B性造成嚴重的破壞，繼而發(fā)展成更為嚴重的裂縫，降低路基承載力。

2 路橋施工中混凝土裂縫形成的控制技術

2.1 施工設計控制

首先在工程設計階段，應加強審核管理，防止結構計算出現模型設計不合理、漏算錯算、結構受力假設不合理、結構安全系數不足、配筋與內力計算錯誤等情況。在進行工程結構設計時，應結合施工環(huán)境充分考慮在實際施工過程中可能遇到的影響因素，比如天氣、地質條件、水文條件等，防止工程設計方案出現構造處理不當、斷面設計不足、設計圖紙交代模糊不清等問題。同時在施工過程中，必須嚴格按照設計圖紙展開施工作業(yè)，不可擅自調整結構受力模式、結構施工順序等。

2.2 材料控制

在路橋施工中，還必須嚴格控制施工原材料質量、混凝土原料配比等相關指標。所有進入施工現場的原料均經嚴格的質量檢測，確認達標后方可入場，并在施工期間必須不定期進行質量抽查。在各道工序施工中，嚴格監(jiān)督，進行專業(yè)測試，確保各種原料的級配、含水量等相關指標均達到施工規(guī)范，可根據實際施工條件合理調試實施方案，保障混凝土施工的質量。

2.3 荷載控制

在路橋施工設計階段，有關技術人員應對項目建設整體布局做合理的規(guī)劃設計，包括內部鋼筋結構布局以及分配等。必須確保設計載荷超出實際載荷，以確保在路橋工程投入使用后實際荷載量在混凝土的強度范圍以內，從而有效地防止因混凝土內部應力作用而導致裂縫形成。

2.4 溫度控制

在混凝土攪拌工序中，應對碎石原料采取一定的降溫措施，降低混凝土澆筑的溫度。并且在進行澆筑施工時，應盡可能選擇日夜溫差較小、溫度適中的天氣和時間段進行施工，若是冬季施工則采取有效的保溫措施。同時在拆模階段也不宜過早拆模，且應緩慢進行，避免大力敲擊等大動作而形成表層裂縫。

2.5 后期養(yǎng)護

當路橋混凝土施工竣工后，還應加強混凝土路面的養(yǎng)護工作，尤其在長期暴露的路段需要做好覆蓋和灑水措施，保持混凝土路面的濕潤，防止干濕循環(huán)?；炷量⒐ず?周內水化作用、彈性模量以及混凝土強度變化均比較劇烈，容易產生內部應力變形，若是在加上溫度應力作用，拉應力會更大，因此必須做好竣工后的養(yǎng)護工作。

3 結 語

總之，混凝土裂縫是路橋工程施工中十分常見的問題，不僅會影響混凝土結構功能、路面美觀度，還會引起混凝土碳化、鋼筋結構銹蝕等現象而嚴重影響路橋承載力與耐久性。造成混凝土裂縫的原因有很多種，在路橋施工中，有關人員必須加強施工設計階段、施工環(huán)節(jié)、施工材料、溫度以及后期養(yǎng)護等各方面的控制，有效防止混凝土裂縫的形成以及發(fā)展，提高路橋工程質量、穩(wěn)定性、安全性以及耐久性。

[1]朱文喜.市政橋梁施工混凝土裂縫分析及其防治措施淺談[J].城市道橋與防洪，2016（1）：127-129.

[2]趙婉辰.淺述混凝土裂縫形成的原因及控制措施[J].工程建設與設計，2015（11）：29-31.

[3]王金苓.道路橋梁施工中混凝土裂縫的形成及解決對策[J].交通世界（工程技術），2015（35）：88-89.

[4]賴云，游清霞.淺談公路橋梁施工中混凝土裂縫問題的分析及其防治對策[J].科技創(chuàng)新與應用，2015（36）：247.

TU528

B

1009-7716（2016）12-0131-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.039

2016-08-26

李華（1976-），男，江蘇東海人，工程師，主要從事交通工程方面路橋專業(yè)施工工作。