淺談橋梁混凝土裂縫的施工控制技術(shù)

馬駿 劉紅省

摘 要： 混凝土橋梁在建造和使用過程中，因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量。特別是有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學(xué)因素的作用下，不斷的生和擴(kuò)展，引起混凝土碳化、保護(hù)層剝落、鋼筋腐蝕，使混凝土的強(qiáng)度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴(yán)重時甚至發(fā)生垮塌事故，危害結(jié)構(gòu)的正常使用，必須加以控制。我國現(xiàn)行公路、鐵路、建筑、水利等部門設(shè)計規(guī)范均采用限制構(gòu)件裂縫寬度的辦法來保障混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用。工程實(shí)踐證明很多裂縫是可以克服和控制的。本文將分析橋梁混凝土施工裂縫的主要原因和防治措施。

關(guān)鍵詞： 橋梁；施工裂縫；控制

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)和水泥制品最常見的病害，正確分析裂縫的成因，是防治和控制裂縫的關(guān)鍵。為了進(jìn)一步加強(qiáng)對混凝土橋梁裂縫的認(rèn)識，盡量避免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫，現(xiàn)通過對混凝土橋梁裂縫控制進(jìn)行分析、總結(jié)，以方便設(shè)計、施工找出控制裂縫的可行辦法，達(dá)到防范于未然的程度。

一、橋梁混凝土施工裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因?；炷翗蛄毫芽p的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾種：

1.荷載引起的裂縫

混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。實(shí)際工程中，次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見原因。次應(yīng)力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切性質(zhì)。次應(yīng)力裂縫也是由荷載引起，僅是按常規(guī)一般不計算，但隨著現(xiàn)代計算手段的不斷完善，次應(yīng)力裂縫也是可以做到合理驗(yàn)算的。

2.溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，在結(jié)構(gòu)內(nèi)易產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫區(qū)別其他裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。

3.收縮引起的裂縫

實(shí)際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫最常見。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。

4.基礎(chǔ)變形引起的裂縫

由于基礎(chǔ)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，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

5.鋼筋銹蝕引起的裂縫

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)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，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增長約2-4倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。

6.凍脹引起的裂縫

氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)重，成齡后混凝土強(qiáng)度損失可達(dá)30%-50%。冬季施工時對預(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。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。

7.施工材料質(zhì)量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

8.施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫，特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。

二、橋梁混凝土施工裂縫的控制技術(shù)

混凝土裂縫一般是由于混凝土內(nèi)部應(yīng)力和外部荷載以及溫差、干縮等多方面因素作用下形成的。對橋梁結(jié)構(gòu)，一般裂縫寬度超過0.1mm.就會影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性、安全性，因而在設(shè)計和施工中宜采取可行、合理的措施對裂縫進(jìn)行有效控制。這主要應(yīng)把握好以下幾方面內(nèi)容：

1.優(yōu)化設(shè)計

設(shè)計過程中應(yīng)結(jié)合工程所在地的氣候條件合理選擇混凝土的配合比，并在易產(chǎn)生裂縫的部位設(shè)置抗拉鋼筋，梁體鋼筋保護(hù)層厚度應(yīng)盡量選用較小值以避免因保護(hù)層過大而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，并可通過設(shè)置伸縮縫、后澆帶等措施將大體積混凝土間化為小塊結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)在降低約束應(yīng)力的同時將水化熱從時間及空間層面分散，并可實(shí)現(xiàn)增加散熱面積以及減小應(yīng)力集中和裂縫產(chǎn)生的可能性；施工中應(yīng)盡量采用二次澆筑的方法進(jìn)行澆筑，并可在二次澆筑時增設(shè)鋼筋網(wǎng)或聚丙烯纖維網(wǎng)來增強(qiáng)混凝土的抗拉能力。

2.設(shè)置冷卻系統(tǒng)

可在混凝土澆筑前預(yù)先鋪設(shè)管路，在澆筑并振搗完成后則可在管路內(nèi)通水冷卻，通水過程中可通過調(diào)整管內(nèi)水流速來控制管路進(jìn)出口溫差不超過6℃，冷卻后的水不可排放至混凝土頂面，可待整體混凝土澆筑完成后將水排放至混凝土頂面以形成保溫層而進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)完成后為了避免中空水管對混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生影響而應(yīng)在其內(nèi)部進(jìn)行壓漿，壓漿一般采用真空壓漿并應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，壓漿前應(yīng)先用空壓機(jī)將管道內(nèi)部水分和雜質(zhì)清除，所用漿液的水膠比應(yīng)不超過0.3，并不可產(chǎn)生沁水，并保證水泥漿的最終體積收縮率不超過1%，所用水泥漿應(yīng)用濾網(wǎng)過濾后方可使用，壓漿效果以管路出口與進(jìn)口漿液濃度一致時方可終止。

3.混凝土澆筑及溫控

澆筑前應(yīng)認(rèn)真分析并采取分塊、分層澆筑，并應(yīng)嚴(yán)格控制澆筑的次序、流向、澆筑厚度和寬度以及澆筑的搭接時間；澆筑后的混凝土應(yīng)加強(qiáng)振搗，嚴(yán)控振搗時間、振搗設(shè)備的移動距離和插入深度，以保證振搗密實(shí)并避免漏振和過振；應(yīng)組織足夠的人力、物力以保證施工能順利進(jìn)行，確?；炷翝仓涣衾淇p，在澆筑后應(yīng)對混凝土表面的水泥漿進(jìn)行處理以防止表面龜裂現(xiàn)象；澆筑后的混凝土應(yīng)采用計算機(jī)仿真技術(shù)對混凝土施工期溫度場及溫差進(jìn)行計算機(jī)動態(tài)預(yù)測，并通過提供的溫度分部隨混凝土齡期變化情況來制定混凝土在施工期內(nèi)不產(chǎn)生溫度裂縫；可通過在混凝土內(nèi)外設(shè)置溫度測點(diǎn)，并設(shè)置保溫材料溫度測點(diǎn)及養(yǎng)護(hù)水溫度測點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)通過數(shù)據(jù)采集儀來對溫度檢測數(shù)據(jù)自動采集及整理分析，并將每個測點(diǎn)的溫差值作為研究溫控措施的調(diào)整依據(jù)以控制混凝土裂縫的產(chǎn)生。

4.加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)的目的是實(shí)現(xiàn)其保持適宜的溫度和濕度條件，保溫可實(shí)現(xiàn)減小混凝土表面的熱擴(kuò)散和溫度梯度以防止裂縫產(chǎn)生，并可通過延長散熱時間以充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度潛力及材料松弛性能，實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度防止貫穿裂縫的產(chǎn)生；保濕是為了實(shí)現(xiàn)在澆筑初期混凝土硬化期間，由于水化速度較快，適宜的濕度可防止表面由于脫水而產(chǎn)生干縮裂縫，并可實(shí)現(xiàn)混凝土在保溫及潮濕的條件下保證水化熱的順利進(jìn)行，并可提高混凝土的極限拉伸和抗拉強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)其早期抗拉能力高速增長；同時應(yīng)嚴(yán)控混凝土的拆模時間，避免由于拆模過早使混凝土表面溫度較低而形成溫度梯度，并可產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，同時由于早期強(qiáng)度低、極限拉伸小的混凝土處于不利的溫度條件下而形成裂縫。

三、結(jié)語

綜上所述，雖然橋梁混凝土很容易產(chǎn)生裂縫，但是大量的科學(xué)研究以及成功的工程實(shí)例都表明：只要我們在設(shè)計、施工工藝、材料選擇以及后期的養(yǎng)護(hù)過程中能夠充分考慮的各種因素的影響，還是完全可以避免危害結(jié)構(gòu)的裂縫的產(chǎn)生。

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