大體積混凝土裂紋的防治與修補(bǔ)

趙劍

福建兆翔機(jī)場(chǎng)建設(shè)有限公司（361000）

大體積混凝土裂紋的防治與修補(bǔ)

趙劍

福建兆翔機(jī)場(chǎng)建設(shè)有限公司（361000）

主要分析在大體積混凝土施工過(guò)程中產(chǎn)生裂紋的原因及怎樣防治與修補(bǔ)，為以后施工提供借鑒，防止裂紋的再次產(chǎn)生。

大體積混凝土；裂紋；防治；修補(bǔ)

1 工程概況

四川省資陽(yáng)市沱江特大橋2#主墩墩身為高20.5 m、直徑10 m的圓柱形橋墩。百年水位1 m以上墩身采用C35混凝土，共655 m3。其余墩身采用C35抗侵蝕性（H1）混凝土，共955.5 m3，整個(gè)墩身1 610.5 m3，屬于大體積混凝土。

資陽(yáng)市氣候?qū)僦衼啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，受西南季風(fēng)氣候和地形影響，四季分明，雨熱同季，冬暖，春早，夏長(zhǎng)，秋雨，云霧多，霜雪少。年平均氣溫16.9～18.2℃，日照年平均數(shù)為1 000～1 400 h。

2 裂紋的出現(xiàn)

墩身分3次澆筑，第一次澆筑8 m，第二次澆筑8 m，第三次澆筑4.5 m。2011年5月15日，第一節(jié)墩身混凝土澆筑完畢后，采取土工布覆蓋、灑水方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。5月18日拆模，墩身中部出現(xiàn)一條長(zhǎng)約1.5 m、寬約0.2 mm的縱向裂紋（如圖1所示）。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)墩身裂紋照片

3 裂紋修補(bǔ)

通過(guò)觀察監(jiān)測(cè),出現(xiàn)的混凝土裂紋無(wú)發(fā)展擴(kuò)散。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，決定采取修補(bǔ)措施。措施如下：

1）基層處理。用鋼絲刷清理裂紋表層，擦拭干凈，使裂紋無(wú)脫落、浮塵等雜質(zhì)，嚴(yán)禁用水沖洗。

2）確定灌漿口。隔20 cm左右設(shè)一個(gè)灌漿口，灌漿口設(shè)在裂紋較寬、通暢和開(kāi)叉處。

3）配封縫膠。按甲乙組分以100：（2～5）的重量比配制封縫膠,拌和均勻。封縫膠初凝時(shí)間為5 min，現(xiàn)配現(xiàn)用。

4）封閉裂紋。沿裂紋表面涂刮，寬度約為5 cm，留出注漿口。主裂紋和周邊細(xì)小裂紋應(yīng)一并封閉，以防止?jié){液從細(xì)小裂紋中流出。

5）安設(shè)底座。在預(yù)留灌漿口的位置，用封縫膠黏結(jié)底座，保證底座黏結(jié)牢固的同時(shí)，要保障灌漿口的暢通。

6）配灌漿樹(shù)脂。在封縫膠終凝后（約1 h），按甲∶乙組分以4∶1的重量比配制灌漿樹(shù)脂，攪拌均勻。

7）安設(shè)灌漿器。將配好的灌漿樹(shù)脂吸入軟管中,再將軟管安裝于灌漿器內(nèi)。把灌漿器擰在最端頭的底座上，自下而上進(jìn)行灌漿。

8）灌漿。松開(kāi)灌漿器的彈簧卡口，關(guān)注灌漿情況，若樹(shù)脂不足可繼續(xù)補(bǔ)充灌入，直至臨近灌漿口有漿液流出時(shí)為止，擰上堵頭，進(jìn)行下一個(gè)灌漿口灌漿。以此類(lèi)推，直至灌完所有灌漿口。

9）基層復(fù)原。待漿液固化后（約1 d），敲掉灌漿底座，用磨光機(jī)對(duì)封縫膠進(jìn)行打磨，打磨后的顏色若與現(xiàn)場(chǎng)混凝土顏色有較大差異時(shí)，可進(jìn)行復(fù)原處理。

10）復(fù)原處理步驟。用毛刷將浮塵清掃干凈→基層上涂刷1遍濕膠（A2膠液：水=1∶1）→刮抹面層。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，配合比：P.O42.5∶白水泥∶A2膠液=4∶6∶2.5(重量比)。

11）養(yǎng)護(hù)方式。自然養(yǎng)護(hù)。

經(jīng)過(guò)以上處理,混凝土裂紋得到了較好的修補(bǔ)，外觀渾然一體。

4 裂紋原因

1）溫度變化引起的裂紋

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形。若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂紋[1]。引起溫度變化主要因素有：

圖2 裂縫原因分析

①日照。橋墩受太陽(yáng)暴曬后，溫度明顯高于其他部位，溫度梯度呈非線(xiàn)形分布。由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。

②驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對(duì)較慢而產(chǎn)生溫度梯度。

2）混凝土收縮產(chǎn)生的裂紋

混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程中，由于水泥水化放熱，體積收縮，當(dāng)混凝土內(nèi)配有鋼筋或混凝土受到約束時(shí)易產(chǎn)生裂紋。產(chǎn)生收縮裂紋的原因有：

①坍落度?；炷撂涠仍酱?，硬化過(guò)程中體積收縮就越大，產(chǎn)生收縮裂紋的可能性就越大。

②水泥用量。配合比水泥用量大、水灰比大，是造成混凝土溫度升高的直接原因?；炷潦湛s越大，產(chǎn)生的收縮裂紋越多。

③粗、細(xì)骨料含泥量。粗、細(xì)骨料中砂越細(xì)，含泥量越大，產(chǎn)生的收縮也越大。石子級(jí)配不好，影響混凝土強(qiáng)度，也會(huì)產(chǎn)生裂縫。

④養(yǎng)護(hù)不及時(shí)?；炷潦湛s裂紋的產(chǎn)生，與養(yǎng)護(hù)關(guān)系極大。只要養(yǎng)護(hù)及時(shí)合理，即可阻止或消除裂紋的產(chǎn)生，增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度。

⑤鋼筋保護(hù)層厚度預(yù)留不合理。鋼筋保護(hù)層過(guò)厚，鋼筋對(duì)混凝土的約束過(guò)大，熱脹冷縮不同步，容易產(chǎn)生裂紋；保護(hù)層太薄，鋼筋對(duì)混凝土的約束作用小，混凝土自身收縮較大，也容易產(chǎn)生裂紋。

3）施工措施不當(dāng)引起的裂紋

施工過(guò)程中由于管理人員考慮不周或操作人員操作不當(dāng)，也經(jīng)常使已澆筑的混凝土產(chǎn)生裂紋。原因主要有：

①拆模過(guò)早。構(gòu)件拆模應(yīng)按施工組織設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行。如操作不當(dāng)，混凝土強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到要求即開(kāi)始拆模，易產(chǎn)生裂紋。

②振搗不當(dāng)?；炷翝仓樞虿缓侠?，振搗操作不當(dāng)。振搗上層混凝土?xí)r振搗器插入過(guò)深，使下層已凝固的混凝土產(chǎn)生裂紋。

③新舊混凝土接縫留置不當(dāng)?；炷两涌p位置留置不對(duì)，在復(fù)雜應(yīng)力作用下易出現(xiàn)裂紋。

④冷卻管布置。冷卻管布置間距太大或不均勻，造成混凝土內(nèi)部溫度不均勻，誘導(dǎo)裂縫產(chǎn)生。

⑤冷卻水流量。冷卻水流量偏小，冷卻效果差，不利于混凝土內(nèi)部熱量散失，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度偏高。

5 原因排查

1）溫變裂紋

①日照。由于當(dāng)?shù)?月日照強(qiáng)度不大。排除。

②驟然降溫：現(xiàn)場(chǎng)未出現(xiàn)此類(lèi)情況。排除。

2）混凝土收縮產(chǎn)生的裂紋

①水化熱。通過(guò)對(duì)預(yù)埋在墩身里的測(cè)溫元件數(shù)據(jù)分析，混凝土內(nèi)外溫差最大達(dá)到28℃，超過(guò)規(guī)范規(guī)定的20℃。疑似。

②坍落度。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定，坍落度在160～ 180 mm，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，排除；

③水泥用量?；炷翑嚢柙跀嚢枵緝?nèi)進(jìn)行,由試驗(yàn)室人員現(xiàn)場(chǎng)值班，水泥嚴(yán)格按照配合比添加。排除。

④粗、細(xì)骨料含泥量。粗、細(xì)骨料均采用水洗。排除。

⑤養(yǎng)護(hù)不及時(shí)?；炷翝仓戤吅?，立即進(jìn)行了養(yǎng)護(hù)，并制訂了養(yǎng)護(hù)方案，指定專(zhuān)人監(jiān)控。排除。

⑥通過(guò)混凝土保護(hù)層測(cè)定儀對(duì)混凝土保護(hù)層的探測(cè)，混凝土保護(hù)層厚度符合設(shè)計(jì)要求。排除。

3）施工措施不當(dāng)產(chǎn)生的裂紋。

①拆模過(guò)早引起的裂紋。通過(guò)對(duì)同條件試塊強(qiáng)度的測(cè)定，3 d已達(dá)到29 MPa。排除。

②振搗不當(dāng)引起的裂紋。振搗過(guò)程中有專(zhuān)人盯控，但仍有可能振搗不當(dāng)或漏振，疑似。

③新舊混凝土接縫留置不當(dāng)引起的裂紋。裂紋未出現(xiàn)在承臺(tái)與墩身的連接處。排除。

④冷卻管布置間距太大、不均勻，造成混凝土內(nèi)部溫度不均勻，誘導(dǎo)裂紋產(chǎn)生。疑似。

⑤冷卻水流量偏小，冷卻效果差，不利于混凝土內(nèi)部熱量散失，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度偏高。疑似。

6 處理措施

1）布設(shè)冷卻管降溫

加強(qiáng)冷卻管布置,采用焊接鋼管做冷卻管。冷卻管按4層布置，埋設(shè)時(shí)自底向上間隔1.5 m、1.5 m、1.5 m、1.5 m布置。冷卻管進(jìn)出水口都設(shè)在墩頂面，采用準(zhǔn)10PVC管豎向接出?；炷翝仓皺z查冷卻管是否暢通或漏水。從混凝土澆筑開(kāi)始,向冷卻管通水，防止在灌注過(guò)程中因冷卻管漏漿而堵賽，設(shè)置專(zhuān)人測(cè)量溫度,當(dāng)進(jìn)水管和出水管溫差不大于20℃時(shí)停止通水。使用冰水冷卻降低早期混凝土溫升。

2）加強(qiáng)對(duì)振搗作業(yè)人員的培訓(xùn)

混凝土分層澆筑，每層混凝土厚度不超過(guò)振動(dòng)棒的1.25倍。在振搗上一層時(shí)，插入下層中5 cm左右，以消除兩層之間的接縫。在振搗上層混凝土?xí)r，要在下層混凝土初凝之前進(jìn)行。振搗棒插點(diǎn)要均勻排列，以免發(fā)生漏振。每次移動(dòng)位置的距離不大于振搗棒作用半徑1.5倍。振搗棒使用時(shí)，不緊靠模板振動(dòng)，盡量避免碰撞鋼筋、預(yù)埋件等。每一插點(diǎn)振搗時(shí)間以20～30 s為宜，一般以混凝土表面呈水平、出現(xiàn)均勻的水泥漿和不再冒氣泡為止，表示已振實(shí)，應(yīng)停止振搗。

3）現(xiàn)場(chǎng)管理人員加強(qiáng)監(jiān)控

經(jīng)過(guò)以上措施處理，在第二節(jié)墩身及后續(xù)的大體積混凝土施工中，未出現(xiàn)過(guò)裂紋，證明原因分析正確，采取措施合理。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)混凝土裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，有針對(duì)性地采取了預(yù)防措施，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，有效地預(yù)防了混凝土裂紋的產(chǎn)生,取得了良好的感觀質(zhì)量，真正做到了內(nèi)實(shí)外美。

[1]楊雅勛.橋梁承臺(tái)大體積混凝土施工溫度控制及數(shù)值分析[J].四川建筑科學(xué)研究,2012,38(5)：333-335.