高速公路橋梁施工中出現(xiàn)混凝土裂縫的原因及處理分析

王啟明

摘? 要：近年來(lái)，高速公路橋梁建設(shè)高速發(fā)展，極大地方便了人們的出行。在高速公路建設(shè)過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)混凝土裂縫問(wèn)題，對(duì)公路橋梁的質(zhì)量產(chǎn)生了重要影響。所以，為確保公路橋梁工程可靠，應(yīng)當(dāng)深入分析混凝土裂縫形成的原因，能否對(duì)裂縫作出科學(xué)有效的處理將直接關(guān)系到高速公路橋梁建設(shè)能否取得成功。文章將在對(duì)橋梁混凝土裂縫成因進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，就高速公路橋梁施工中混凝土裂縫的防治措施進(jìn)行深入探討。

關(guān)鍵詞：高速公路;橋梁施工;混凝土裂縫;成因;處理措施

中圖分類號(hào)：U445.57? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）29-0123-02

Abstract： In recent years， the rapid development of highway bridge construction has greatly facilitated the travel of people. In the process of expressway construction， the problem of concrete cracks often occurs， which has an important impact on the quality of highway bridges. Therefore， in order to ensure the reliability of highway bridge engineering， the causes of concrete cracks should be analyzed in depth. Whether the cracks can be dealt with scientifically and effectively will be directly related to the success of expressway bridge construction. Based on the analysis of the causes of bridge concrete cracks， this paper makes an in-depth discussion on the prevention and control measures of concrete cracks in expressway bridge construction.

Keywords： highway; bridge construction; concrete crack; cause; measures

混凝土由于價(jià)格低廉、抗壓性能好，在高速公路橋梁建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，混凝土能否得到有效運(yùn)用將會(huì)對(duì)橋梁的安全性產(chǎn)生直接影響，但是混凝土的抗拉性能差、容易開(kāi)裂，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度與剛度受到影響，其耐久性也會(huì)因此降低，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫，并對(duì)橋梁性能產(chǎn)生影響，出現(xiàn)混凝土碳化、鋼筋腐蝕以及保護(hù)層剝落等問(wèn)題。所以，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真分析混凝土裂縫成因，并采取有效的控制與彌補(bǔ)措施。

1 橋梁混凝土裂縫成因分析

1.1 干縮裂縫

在混凝土拌和與澆筑過(guò)程中，往往需要投放大量的水來(lái)促進(jìn)各材質(zhì)的契合。但是施工中混凝土含水率與空氣含水率存在一定差距，進(jìn)而產(chǎn)生溫差。對(duì)于澆筑完成的混凝土而言，在初凝完成，尚未進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)，由于內(nèi)部水泥水化熱劇烈，導(dǎo)致內(nèi)外溫差增大，進(jìn)而出現(xiàn)泌水和水分蒸發(fā)過(guò)快等問(wèn)題。水分蒸發(fā)過(guò)程中，表層水分蒸發(fā)速度較快，但是內(nèi)部水分蒸發(fā)速度慢。同時(shí)，表層混凝土收縮過(guò)程中，深層混凝土、鋼筋及模板等會(huì)對(duì)其產(chǎn)生制約作用，并在內(nèi)部形成拉應(yīng)力。一旦拉應(yīng)力超出抗拉強(qiáng)度，表面就會(huì)出現(xiàn)裂縫。在混凝土固化凝結(jié)的過(guò)程中，因?yàn)樽陨碇亓恳蛩?，?huì)產(chǎn)生1%左右的塑性收縮，使得混凝土失水收縮量增大，在骨料下沉過(guò)程中，會(huì)因?yàn)殇摻畹淖钃踝饔枚刂摻罘较虍a(chǎn)生裂縫。

1.2 施工因素

在實(shí)際施工中，骨料內(nèi)含有的活性炭會(huì)與水泥、地下水中的堿、外加劑等共同作用，導(dǎo)致自身體積膨脹，并在內(nèi)部產(chǎn)生局部拉力。內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生有害化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致侵害性效應(yīng)聚集，這樣一來(lái)，混凝土就會(huì)出現(xiàn)器質(zhì)性變化，也會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。在拌和混凝土的過(guò)程中，往往需要摻入減水劑，如果攪拌的時(shí)間過(guò)短，就會(huì)影響減水劑作用的發(fā)揮。在運(yùn)輸和澆筑完成后，減水劑的作用發(fā)揮完全，使混凝土坍落度增大，離析現(xiàn)象會(huì)更明顯，形成裂縫的可能性也會(huì)明顯變大。由于大多數(shù)橋梁采用的是箱梁結(jié)構(gòu)，聯(lián)箱梁落架無(wú)法在同一時(shí)間內(nèi)完成，所以，會(huì)從簡(jiǎn)支梁逐漸發(fā)展為連續(xù)梁的受力體系，進(jìn)而與設(shè)計(jì)受力體系相接近，如果落架順序不合理或者時(shí)間長(zhǎng)，將難以達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)強(qiáng)度，這也會(huì)導(dǎo)致裂縫的生成。

1.3 水泥水化熱

在完成混凝土澆筑工作后，大體積混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，而混凝土的導(dǎo)熱性能又比較差，大量的熱量會(huì)聚集于結(jié)構(gòu)內(nèi)部無(wú)法有效散發(fā)出去，進(jìn)而出現(xiàn)內(nèi)部溫度差，再加上溫度應(yīng)力作用，如果溫度應(yīng)力比混凝土抗壓強(qiáng)度大，就會(huì)出現(xiàn)裂縫。據(jù)可靠數(shù)據(jù)顯示，如果混凝土內(nèi)外溫差超過(guò)25℃，就會(huì)出現(xiàn)裂縫，如果使用的水泥越細(xì)，那么早期強(qiáng)度就會(huì)比較高，單位體積內(nèi)，如果使用的水泥用量比較大，那么早期水化熱會(huì)導(dǎo)致溫度升高加快，形成的溫度梯度也比較大，那樣就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

1.4 不均勻沉降

在將橋梁投入運(yùn)營(yíng)后，如果出現(xiàn)不均勻沉降或基礎(chǔ)出現(xiàn)豎向不均勻沉降，就會(huì)使結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)附加應(yīng)力，一旦應(yīng)力超出結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度，就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象。如果澆筑過(guò)后，沒(méi)有將混凝土振搗密實(shí)，就會(huì)使內(nèi)部骨料空隙多、骨料吸水性比較強(qiáng)，混凝土水灰比較大，混凝土得不到有效養(yǎng)護(hù)，如果澆筑過(guò)后受到凍害作用，都會(huì)引起裂縫。

1.5 鋼筋銹蝕

施工完成后，如果保護(hù)層厚度較小，振搗密實(shí)度不足，都會(huì)導(dǎo)致混凝土保護(hù)層受到二氧化碳的侵蝕作用而出現(xiàn)碳化的現(xiàn)象，如果碳化現(xiàn)象發(fā)展到鋼筋表面，其周圍混凝土強(qiáng)度就會(huì)降低。如果施工用水或骨料中氯化物比較高，就會(huì)使鋼筋周圍氯離子聚集，就會(huì)破壞掉鋼筋表面的氧化膜，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕作用，如果銹蝕體積過(guò)大，就會(huì)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，這樣一來(lái)，混凝土就會(huì)沿著鋼筋方向出現(xiàn)裂縫。如果鋼筋發(fā)生銹蝕，其有效斷面面積會(huì)不斷減小，混凝土的握裹力也會(huì)隨之降低，結(jié)構(gòu)承載力也會(huì)受到影響，進(jìn)而出現(xiàn)各種形式的裂縫，裂縫的出現(xiàn)會(huì)加速鋼筋的銹蝕，并形成惡性循環(huán)。

1.6 外界氣溫變化

施工過(guò)程中，如果外界環(huán)境溫度高，澆筑溫度也會(huì)越高。如果澆筑完成后外界氣溫快速下降，就會(huì)使混凝土內(nèi)外溫差增大，形成較大的溫度梯度，如果氣溫驟降，就會(huì)使混凝土表面與內(nèi)部形成較大的溫度差，也會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，出現(xiàn)裂縫的幾率就會(huì)明顯增大。

2 高速公路橋梁施工中混凝土裂縫的防治措施

2.1 加強(qiáng)施工材料把控

一是水泥。水泥品種的選擇應(yīng)當(dāng)考慮水泥水化熱與收縮作用，盡可能選用收縮量低、水化熱較小的水泥，因?yàn)樗嗟V物內(nèi)鋁酸三鈣發(fā)熱速度快，散發(fā)的熱量也最大，越細(xì)的水泥發(fā)熱速度越快，但不會(huì)對(duì)最終發(fā)熱量產(chǎn)生影響，所以，水泥應(yīng)當(dāng)選用礦渣硅酸鹽水泥或火山灰水泥，利用好其后期強(qiáng)度，從而達(dá)到減少水泥用量的目的。考慮到橋梁混凝土，特別是大體積混凝土有較長(zhǎng)的施工工期，一般在施工完成后的4周內(nèi)都不得施加荷載，那么就可以延長(zhǎng)混凝土標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的齡期，對(duì)其后期強(qiáng)度進(jìn)行充分利用。

二是骨料。橋梁混凝土采用較多的是粗骨料，應(yīng)當(dāng)使用粒徑較好、連續(xù)級(jí)配以及低彈性模量的骨料，還要加強(qiáng)對(duì)細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)的控制，以2.7-3.1為宜，盡可能地降低含泥率，控制在0.33以內(nèi)，防止砂率過(guò)高造成粗骨料多而細(xì)骨料少的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致收縮增加，就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。此外，還要最大限度地降低砂石吸水率，從而達(dá)到控制收縮的目的。

三是粉煤灰。通過(guò)向混凝土內(nèi)摻入粉煤灰的做法能夠有效減少水泥用量，也就是水泥水化熱量，能夠有效改善混凝土和易性，使其密實(shí)度得以增加，抗?jié)B能力增強(qiáng)，能降低混凝土的收縮量。摻入的粉煤灰主要發(fā)揮物理填充作用，使其粉末效應(yīng)得到明顯增強(qiáng)。所以，應(yīng)當(dāng)加大密實(shí)度，就能有效減少泌水與離析現(xiàn)象的發(fā)生，延遲水化熱峰值出現(xiàn)的時(shí)間，并達(dá)到降低溫度峰值的目的。

四是外加劑。減水劑的適當(dāng)摻加能夠改善混凝土的和易性，降低水厭比，減少水泥實(shí)際用量。通過(guò)合理?yè)郊泳從齽軌蜻_(dá)到延緩混凝土放熱峰值出現(xiàn)的目的，盡可能地減少裂縫出現(xiàn)。膨脹劑能夠有效替代水泥，使混凝土發(fā)生適度膨脹，這樣能夠抵消混凝土內(nèi)部拉應(yīng)力，降低裂縫出現(xiàn)的概率。

2.2 加強(qiáng)施工控制

為了有效加強(qiáng)施工控制，應(yīng)當(dāng)采取如下措施：第一，降低水灰比。水灰比的降低能夠有效降低混凝土坍落度，現(xiàn)如今市場(chǎng)所用的混凝土坍落度已經(jīng)超出規(guī)范要求，那么，采取降低水灰比的方法，能夠降低振搗過(guò)程中混凝土表面產(chǎn)生的浮漿。第二，拌和。在混凝土拌和過(guò)程中，要保證劑量準(zhǔn)確，還要對(duì)混凝土的出倉(cāng)坍落度進(jìn)行嚴(yán)格擴(kuò)張，還要對(duì)混凝土的出機(jī)與入模溫度加以控制。第三，通水冷卻。在澆筑之前，應(yīng)當(dāng)提前埋設(shè)好冷卻水管，待澆筑完成后應(yīng)當(dāng)通水進(jìn)行循環(huán)冷卻，達(dá)到降低溫度峰值的作用，但是要加強(qiáng)通水時(shí)間控制，以免因溫降幅度過(guò)大產(chǎn)生溫度應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫的形成。第四，澆筑與振搗。在澆筑混凝土的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)采用分層與分段澆筑的方法，合理控制上下層混凝土澆筑的時(shí)間間隔，避開(kāi)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較大的時(shí)段，保證澆筑完成的混凝土振搗均勻密實(shí)，直至表面泛漿，待澆筑完成后應(yīng)將表面進(jìn)行壓實(shí)和抹平，防止其表面出現(xiàn)裂縫。第五，砂漿層處理?；炷翝仓瓿珊螅瑫?huì)受到初凝時(shí)間、溫度及氣候等因素的共同影響，而出現(xiàn)適當(dāng)厚度的水泥砂漿層。在處理該砂漿層的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)灑干凈石子，然后使用木抹子進(jìn)行搓平，確保石子和砂漿層相互作用形成細(xì)石混凝土，還要進(jìn)行二次抹壓，以達(dá)到消除裂縫的目的，也就是在混凝土初凝與終凝時(shí)間內(nèi)，采取二次抹壓，從而控制裂縫生成。

2.3 做好養(yǎng)護(hù)管理工作

在澆筑完成后，如果混凝土養(yǎng)護(hù)管理不到位，也有可能形成裂縫，特別是對(duì)已摻加緩凝劑的混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在完成混凝土澆筑施工至終凝環(huán)節(jié)，需要采取有效的養(yǎng)護(hù)措施，如覆蓋麻袋或者覆蓋草袋并在其表面灑水。由于箱梁等構(gòu)件是分多次澆筑而成，此時(shí)并未澆筑頂板，要對(duì)腹板與底板進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，只能對(duì)其直接淋水。如果高溫季節(jié)施工，則要加強(qiáng)淋水時(shí)間間隔控制。而在寒冷季節(jié)施工，應(yīng)當(dāng)采取有效的保溫措施，防止混凝土受到凍害，有效的保溫措施，能避免表面生成裂縫，使其散熱時(shí)間得以延長(zhǎng)，讓混凝土強(qiáng)度與材料松弛特性充分發(fā)揮出來(lái)。如果是濕養(yǎng)，應(yīng)當(dāng)在水泥硬化階段保持濕潤(rùn)，以免混凝土表面出現(xiàn)干縮裂縫。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，高速公路橋梁裂縫的產(chǎn)生會(huì)造成橋梁使用功能下降，并造成鋼筋銹蝕、混凝土發(fā)生碳化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的耐久性與橋梁的承載力下降，有多種原因會(huì)導(dǎo)致裂縫生長(zhǎng)，為此，需要立足于裂縫防治實(shí)際，了解裂縫的形成機(jī)理，在此基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的措施，以防出現(xiàn)裂縫。

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