淺析橋梁工程混凝土裂縫控制及修補技術

錢小梅

【摘 要】本文結合施工實踐經(jīng)歷，對橋梁工程中混凝土裂縫的根源進行分析，提出了預防及處治的綜合對策，介紹了合適的修補方案，對確保結構物施工質(zhì)量與安全，延長其使用壽命具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】橋梁；混凝土；裂縫；成因；控制；修補

1 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 溫、濕度變化影響

橋梁工程中混凝土的裂縫是一種常見病與易發(fā)病，且大多發(fā)生于施工階段，其原因較復雜，造成裂縫的主要原因是溫度和濕度的變化。

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，受到結構基礎或周邊約束影響，使混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。在施工完成后，后期的養(yǎng)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也易導致裂縫的產(chǎn)生?；炷磷陨硎且环N脆性材料，抗拉強度約是抗壓強度的1/10，短期荷載的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104，長期荷載的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，加上運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，使得在同一塊混凝土中其抗拉強度產(chǎn)生不均勻，存在許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的部位。因此掌握溫度應力的變化規(guī)律對于合理的結構設計和施工尤為重要。

1.2 原材料及配合比影響

配合比設計不當直接影響混凝土的抗拉強度，是造成混凝土開裂的原因之一。配合比不當指水泥用量過高，水灰比大，含砂率不適當，骨料種類不佳，選用外加劑不當?shù)?，這幾個因素是互相關聯(lián)的。有關實驗資料表明：用水量不變時，水泥用量每增加10%，混凝土收縮增加5%；水泥用量不變時，用水量每增加10%，混凝土強度降低20%，混凝土與鋼筋的粘結力降低10%。

1.3 施工過程及現(xiàn)場養(yǎng)護影響

1）現(xiàn)場澆搗混凝土時，振搗或插入不當，漏振、過振，均會影響混凝土的密實性和均勻性，誘導裂縫的產(chǎn)生。

2）高空澆筑混凝土，風速過大、烈日暴曬等因素都會造成混凝土收縮值大。

3）混凝土澆筑時，現(xiàn)場降溫及保溫措施不到位，引起混凝土內(nèi)部溫度過高或內(nèi)外溫差過大，造成混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。

4）現(xiàn)場養(yǎng)護措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。

5）模板拆除方法不當或拆模過早，引起拆模裂縫。

總之，導致發(fā)生混凝土裂縫的原因十分復雜，既有其必然性（混凝土自身的物理、化學特性），又有其偶然性（施工過程中的各種條件、因素）。影響混凝土裂縫的因素概括起來可以用6個字表示，即人（與混凝土施工有關的各工序人員）、機（混凝土生產(chǎn)、輸送、入倉、震搗設備、機具）、料（混凝土設計強度、配合比、粗細骨料、摻合料及外加劑）、法（施工工藝、澆筑方案）、環(huán)（施工期溫、濕度環(huán)境和養(yǎng)護條件）、形（結構形式、斷面尺寸、約束條件）。大量工程實踐表明，即使同批次施工的結構完全相同的不同單元工程，混凝土發(fā)生裂縫的情況也不盡相同。因此，現(xiàn)階段還沒有公認的能有效控制各種混凝土裂縫發(fā)生的單一工程措施。

2 混凝土裂縫的類型

2.1 干縮裂縫

干縮裂縫通常出現(xiàn)在大約混凝土養(yǎng)護期結束后的14d內(nèi)?；炷猎谟不^程中易受到外部環(huán)境的影響，表面的水分蒸發(fā)比較快，所以變形程度比較大，而混凝土內(nèi)部的濕度相對比較穩(wěn)定，則不容易產(chǎn)生變形。這就導致了混凝土表面和內(nèi)部變形的程度不一致?；炷羶?nèi)部變形制約表面的干縮變形，從而造成很大的拉力，進而造成干縮裂縫。分布于混凝土表面的網(wǎng)狀或平行線狀的干縮裂縫，其寬度大約在0.05～0.2mm之間。干縮裂縫會造成水滲入混凝土中，對內(nèi)部的鋼筋造成腐蝕，降低混凝土的強度和壽命周期。混凝土干縮裂縫的大小主要受到水灰比、水泥成分、水泥用量、集料性質(zhì)和用量、外加劑用量等因素的影響。

2.2 溫度裂縫

橋梁工程施工過程中，使用的混凝土體積通常較大，在混凝土內(nèi)部易積聚大量的水化熱，這些熱量沒有有效的散發(fā)，從而導致內(nèi)部溫度急劇上升。然而與混凝土內(nèi)部情況剛好相反，表面的熱量散發(fā)很快，溫度下降也快，表面溫度較低?；炷羶?nèi)外溫差大導致不同的熱脹冷縮，會產(chǎn)生一個拉應力。當這個拉應力大于混凝土自身強度時，裂縫就會在混凝土表面或溫差變化劇烈的部位產(chǎn)生，尤其在混凝土施工的末期，此種情況更為明顯。溫度裂縫的走向通常無固定規(guī)律，大面積結構裂縫常常表現(xiàn)為縱橫交錯。

2.3 塑性收縮裂縫

混凝土的硬化需要一個比較長的過程，在這個過程中表面水分蒸發(fā)較快容易導致塑性收縮裂縫。在環(huán)境干燥或大風的氣象環(huán)境下，塑性收縮縫出現(xiàn)的概率大大增加。塑性收縮裂縫的長短不一且分布不連貫，裂縫多呈兩端細長且中間較寬的特性。塑性收縮裂縫的長短相差很大，在0.2～3m之間，寬度多在1～5mm的范圍之內(nèi)。其產(chǎn)生是由以下原因造成的：混凝土在硬化過程中強度很小甚至沒有強度，混凝土表面的水分在受到大風或者高溫的環(huán)境影響下，迅速蒸發(fā)。由于水分流失過快，混凝土中的毛細管隨之產(chǎn)生較大的負壓，混凝土表面在負壓的作用下迅速收縮，混凝土此時還未完全硬化，其強度不足以抵消自身的收縮，這樣塑性收縮裂縫就產(chǎn)生了。混凝土塑性收縮裂縫的產(chǎn)生主要受到水灰比、混凝土的凝結時間、外界環(huán)境溫度、風速、相對濕度等因素的影響。

2.4 沉陷裂縫

橋梁工程由于地基土質(zhì)不均、松軟或者回填土不實、浸水而產(chǎn)生不均勻沉降，這時就會產(chǎn)生沉陷裂縫。除此之外，模板支撐間距過大、模板剛度不夠等因素也是造成沉陷裂縫的重要因素。這種情況大多發(fā)生在冬季施工中，因為模板支撐在凍土層上，隨著天氣轉(zhuǎn)暖，凍土層融化變軟，而造成不均勻沉降，進而導致混凝土產(chǎn)生沉陷裂縫。貫穿性裂縫以及深進性裂縫最為常見。其走向大多受沉陷實際情況的影響，比較小的裂縫一般與地面垂直，而較大的裂縫往往存在一定的錯位，裂縫寬度與沉降量成正比關系。沉陷裂縫隨著工程地基的沉陷而不斷發(fā)展，在地基沉陷停止后，沉陷裂縫也趨于穩(wěn)定。

3 控制混凝土裂縫的主要對策

3.1 提高混凝土的自身質(zhì)量是防止裂縫的核心

不管何種原因?qū)е碌暮畏N形式的混凝土裂縫，其根本原因都是因為混凝土的拉應力超過了允許拉應力。因此，提高混凝土的自身質(zhì)量是防止裂縫的核心。首先，要通過試配選取最優(yōu)配合比設計，達到水泥用量最少、級配最優(yōu)、和易性最佳的目的；其次，緩凝、早強、利于泵送的外加劑；再次，摻用適量纖維。

3.2 縮小混凝土的內(nèi)外溫差是控制溫度裂縫的關鍵

根據(jù)研究成果和工程實踐，內(nèi)部降溫，外部蓄熱保溫是縮小內(nèi)外部溫差的有效途徑。其主要措施可包括：①盡可能降低混凝土的水化熱；②在混凝土內(nèi)部設置冷卻水管，降低溫升；③控制混凝土的入倉溫度。夏季施工時應對水泥、粗細骨料降溫，必要時加冰水拌和；④不論何種季節(jié)，均需對混凝土外部采取切實有效的保溫、保濕措施，盡可能不使混凝土水分散發(fā)。

需要注意的是：①冷卻循環(huán)水管安裝以后必須試壓，以防接頭部位漏水；②在混凝土澆筑的同時開始通水以控制溫升，而不是溫度已升高后突然降溫；③前期混凝土養(yǎng)護要兼顧保溫與保濕的關系，不能因淋水養(yǎng)護導致外部降溫而加大內(nèi)外溫差；④降溫正常以后，必須對預埋的冷卻水管壓力灌漿充填密實。

3.3 控制結構變形約束裂縫的主要關鍵是減小約束應力

其主要措施為：①盡可能縮短底板與墩墻的施工時間差；②在可能情況下設計盡量減小墩墻長度。

3.4 控制干縮裂縫的關鍵是澆筑后的管理

主要措施包括：①面層混凝土初凝初期及時二次壓面并立即覆蓋薄膜后再覆蓋草包；②臨空面推遲拆模并保持濕潤；③延長養(yǎng)護期并加強養(yǎng)護；④冬季施工應重視混凝土的保溫養(yǎng)護。

3.5 提高人工操作質(zhì)量是控制裂縫的根本保證

人們在對混凝土裂縫裂縫成因和控制裂縫措施的研究時，往往注重客觀原因和工程措施的研究，而忽視了人的重要因素。實踐中，有相當一部分混凝土裂縫的發(fā)生往往與工人的操作不當或偏差直接有關。比較典型的幾種情況是：①混凝土拌制過程中每盤料的不均勻性（混凝土工程質(zhì)量驗評時用離差系數(shù)判別）；②混凝土入倉漏斗間距偏大，利用混凝土自由流動和震搗器平倉，導致兩漏斗中部混凝土細顆粒明顯偏多、混凝土強度偏低；③混凝土欠震（不是漏震，無明顯蜂窩缺陷），局部形成薄弱環(huán)節(jié)，巧遇應力偏大處；④混凝土過震，粗骨料下沉，上部混凝土強度偏低；⑤混凝土表面抹壓不及時，操作不規(guī)范；⑥拆模偏早，養(yǎng)護不當，或低溫施工混凝土表面早期凍害。因此，混凝土施工中采取各種防裂措施的同時，必須更加注重對操作人員的教育、培訓和落實責任，細化技術交底，以提高人工操作的質(zhì)量，保證工程質(zhì)量，往往可以收到事半功倍的效果。

4 修補方案的選擇

加強混凝土工程裂縫治理，不僅要預防，而且還要對現(xiàn)有的裂縫進行有效修補，以免病害蔓延。對于當前橋梁工程施工過程中存在的混凝土裂縫問題，應當及時組織相關人員進行修補，以免病害進一步擴大，進而影響到整個工程的結構安全性及其使用耐久性。對于已有的裂縫，可從以下幾個方面處理：

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

表面修補法：該法適用于縫較窄，用以恢復構件表面美觀和提高耐久性時所采用，常用的是沿混凝土裂縫表面鋪設薄膜材料，一般可用環(huán)氧樹脂或樹脂浸漬玻璃布。

充填法：當裂縫較寬時，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行填充，也可使用水泥砂漿或瀝青等材料。

注入法：當裂縫寬度較小且較深時，可采用將修補材料注入混凝土內(nèi)部的修補方法，首先在裂縫處設置注入用管，其他部位用表面處理法封住，使用低粘度環(huán)氧樹脂注入材料，用電動泵或手動泵注入修補。

2）如果裂縫影響到結構安全，可采取圍套加固法、鋼箍加固法、粘貼加固法等結構加固法。此方法屬結構加固，須經(jīng)設計驗算同意后方可進行。

5 結束語

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因往往是多方面的，在具體設計、施工及后期養(yǎng)護方面，工程施工管理者應多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析，結合多種預防措施，綜合處治，混凝土的裂縫就可以得到有效控制，從而保證結構物的使用安全及外觀質(zhì)量。

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[責任編輯：楊玉潔]