石漠戈壁區(qū)橋涵工程混凝土產(chǎn)生裂縫的原因及處理措施分析

呂衛(wèi)東，劉高雷

（中交路橋華北工程有限公司，北京 101149）

混凝土裂縫是一切以混凝土結(jié)構(gòu)為主的建筑工程中最為常見的質(zhì)量問題。以橋梁工程為例，混凝土裂縫的出現(xiàn)直接會影響工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性等，甚至?xí)斐蓢?yán)重的安全事故。因此，混凝土裂縫的防治已經(jīng)成為很多工程中最為關(guān)注的問題。從混凝土裂縫的產(chǎn)生原因來看，其包含了多種因素，比如結(jié)構(gòu)、設(shè)計、氣候因素等。對石漠戈壁區(qū)橋涵工程的混凝土裂縫而言，其最為重要的是分析混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，進(jìn)而采取有針對性的解決策略，提高工程質(zhì)量。

1 石漠戈壁區(qū)橋涵工程混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

京新高速公路臨白三標(biāo)位于內(nèi)蒙古阿拉善區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)，自然條件相對惡劣，尤其是夏季與冬季的氣候條件相對干燥，表現(xiàn)為夏季干燥高溫、冬季寒冷多風(fēng)的氣候條件，由于在該區(qū)域內(nèi)多石漠戈壁區(qū)域，區(qū)域內(nèi)存在較大的溫度變化等，再加上一些施工因素等的影響，混凝土裂縫問題成為該橋涵工程質(zhì)量問題的重要表現(xiàn)。其混凝土裂縫的原因主要表現(xiàn)在以下方面。

1.1 溫度變化影響劇烈

較大的溫度波動是形成混凝土裂縫的直接原因，主要體現(xiàn)：（1）結(jié)構(gòu)成型的過程中，由于混凝土結(jié)構(gòu)會經(jīng)歷不同的養(yǎng)護(hù)階段，而在這些不同的養(yǎng)護(hù)時期，混凝土溫度與外部環(huán)境的溫度存在著較大的溫差，比如，在蒸養(yǎng)過程中，混凝土的溫度與濕度都相對較高，而在蒸養(yǎng)結(jié)束以后，溫度發(fā)生急劇降低的過程，進(jìn)而使得混凝土出現(xiàn)收縮變形現(xiàn)象。隨后，在成型的過程中，混凝土受到較大的日溫差的影響，最終出現(xiàn)熱脹冷縮變形現(xiàn)象。這些變形現(xiàn)象最終都會導(dǎo)致混凝土裂縫的出現(xiàn)。（2）混凝土的使用過程中，白天與晚上存在著不同的變形趨勢。白天，混凝土溫度呈現(xiàn)從外向內(nèi)的升溫過程，在此過程中，混凝土溫度的這種變形趨勢極易引發(fā)膨脹變形現(xiàn)象，且外部的變形趨勢相對明顯；而夜晚，混凝土溫度呈現(xiàn)出從外向內(nèi)的降溫過程，此時，混凝土?xí)a(chǎn)生由內(nèi)向外的收縮變形現(xiàn)象?；炷两Y(jié)構(gòu)長期受到這種變形的影響，導(dǎo)致其極易出現(xiàn)裂縫問題，從而使得橋涵工程面臨著較大的質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響了工程的正常使用。（3）橋梁墩臺受到溫差影響存在較為嚴(yán)重的裂縫現(xiàn)象。在本工程中，西南方向的墩臺面長期在日間受到陽光直射的影響，表面溫度高，晝夜溫差極大，導(dǎo)致在該方向裂縫的發(fā)生概率較高。

1.2 干濕變化作用明顯

由于該橋梁工程處于石漠戈壁區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，其氣候條件表現(xiàn)為年平均溫度較低、日溫差大、風(fēng)沙多且干燥。在這種氣候條件下，區(qū)域內(nèi)存在著明顯的干濕變化，這種變化會導(dǎo)致混凝土存在著各種變形問題，一旦在變形的過程中受到某種約束力的影響，就會形成混凝土裂縫。主要表現(xiàn)：（1）濕熱蒸氣養(yǎng)護(hù)的過程中，混凝土的濕度高達(dá)90%以上，而在養(yǎng)護(hù)結(jié)束以后，受到環(huán)境因素等的影響，其濕度大大降低，達(dá)到了30%左右，在濕度的降低過程中，混凝土發(fā)生由外向內(nèi)的干燥收縮現(xiàn)象。（2）在混凝土的使用過程中，白天混凝土受到陽光直射等的影響，導(dǎo)致其中的水分逐步被蒸發(fā)，在此過程中，相對濕度逐步降低，混凝土表面出現(xiàn)干燥收縮現(xiàn)象。而在夜晚隨著溫度的降低，混凝土內(nèi)的水蒸氣逐步產(chǎn)生冷凝，進(jìn)而增大了混凝土表面的濕度，表層混凝土發(fā)生吸水現(xiàn)象，此時，一部分收縮可以被恢復(fù)，而大部分由于凝膠體失水所引發(fā)的收縮現(xiàn)象難以被恢復(fù)。（3）如果存在風(fēng)力、風(fēng)速較大的情況，混凝土水分的蒸發(fā)較快，也就會引發(fā)劇烈的干燥收縮現(xiàn)象。在受風(fēng)力作用較強(qiáng)的混凝土面，會出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫。

1.3 自干燥收縮較大

在混凝土蒸養(yǎng)結(jié)束以后，依舊存在著嚴(yán)重的水化現(xiàn)象，在此過程中，由于高強(qiáng)高性能混凝土相對致密，使得混凝土內(nèi)部無法及時從外部吸收水分，再加上水化作用的影響，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部存在的水分大大降低，這種情況下，極易出現(xiàn)干燥收縮變形現(xiàn)象，出現(xiàn)混凝土裂縫。

1.4 水泥用量偏大

在施工過程中，為了提高橋梁工程的耐久性，往往會在混凝土的配比過程中加大水泥的使用量，而水泥的增加必然會導(dǎo)致嚴(yán)重的水化熱反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土存在較大的內(nèi)外溫差，進(jìn)而極易引發(fā)混凝土裂縫的出現(xiàn)。如果混凝土配合比設(shè)計的過程中，水泥的使用量過多，就會導(dǎo)致后期混凝土存在嚴(yán)重的水化熱反應(yīng)，水泥水化熱反應(yīng)過程中會產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量聚集在混凝土內(nèi)部無法及時散發(fā)，而混凝土外部溫度的下降極快，這種極大的內(nèi)外部溫差也就加大了混凝土裂縫出現(xiàn)的概率。

2 裂縫處理措施

2.1 橋涵工程混凝土設(shè)計

從橋涵工程混凝土的設(shè)計來看，有關(guān)的工程標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了其在混凝土的設(shè)計中需要考慮的因素，比如，在石漠戈壁區(qū)，橋涵工程混凝土設(shè)計過程中，應(yīng)該將重點放在較大溫差對溫度應(yīng)力的影響上。因此，在實際的施工過程中，結(jié)構(gòu)計算溫差取值的過程中，要根據(jù)工程區(qū)域內(nèi)的實際情況，做好相應(yīng)的溫度場測試，根據(jù)測試結(jié)果，獲得最為可靠的數(shù)據(jù)。此外，混凝土設(shè)計中還需要考慮同緯度區(qū)域內(nèi)的相關(guān)設(shè)計規(guī)定。近年來，為實現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)社會的穩(wěn)步發(fā)展，國家積極實施了西部大開發(fā)戰(zhàn)略，由于西北地區(qū)分布著大范圍的石漠戈壁，在這些區(qū)域內(nèi)，興建了大量的基礎(chǔ)設(shè)施，因此，有關(guān)工程部門要總結(jié)在該區(qū)域內(nèi)工程施工中的溫度場問題，進(jìn)而對石漠戈壁區(qū)域內(nèi)的混凝土設(shè)計等做出更為明確的規(guī)定，為工程建設(shè)提供重要的指導(dǎo)。在溫度存在較大波動的區(qū)域內(nèi)，施工過程中要加強(qiáng)對鋼筋的布置，以實現(xiàn)對裂縫的控制。

2.2 優(yōu)選科學(xué)、合理的配合比和添加劑

混凝土配合比設(shè)計的優(yōu)化在一定程度上可以減少裂縫的出現(xiàn)。比如，在粗細(xì)骨料的選擇上，要保證其砂率等符合要求；在工程耐久性的基礎(chǔ)上，盡量減少混凝土中水泥的用量，并優(yōu)先選擇穩(wěn)定性較強(qiáng)、水化熱反應(yīng)較小的水泥，以降低混凝土水泥水化熱產(chǎn)生的不利影響。此外，在混凝土配制的過程中，也可以將適量地使用一些外加劑等，比如高效減水劑、粉煤灰等，這些外加劑的使用在一定程度上可以替代部分水泥的作用，減少水泥的用量，改變水泥混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)而也就大大減少了混凝土內(nèi)部的孔隙，提高了混凝土的密度，減少了收縮裂縫的出現(xiàn)?？傊诨炷僚浜媳仍O(shè)計上，有關(guān)人員要做好相應(yīng)的試驗，保證配合比的最優(yōu)化，使得混凝土的配合比設(shè)計能夠以工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，提高混凝土的質(zhì)量。

2.3 橋涵工程混凝土施工

橋涵工程混凝土施工的過程中，需要遵守以下的施工要點：（1）如果是在夏季施工，由于石漠戈壁區(qū)內(nèi)的晝夜溫差相對較大，對大體積混凝土、灌注水泥混凝土而言，存在著更為劇烈的水化熱反應(yīng)，因此，為減小水化熱反應(yīng)混凝土裂縫的出現(xiàn)，往往需要使用水熱化較低的水泥，比如，礦渣水泥、火山灰水泥等。（2）在水泥澆筑之前，相關(guān)人員需要首先要保持模板、底板的濕潤性，隨后再開展?jié)仓鳂I(yè)。當(dāng)水泥灌注結(jié)束以后，盡量采用帶模養(yǎng)護(hù)的方式，如果拆模時間過早，會造成混凝土表面的失水現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)表面裂縫。（3）在實際的施工過程中，要嚴(yán)格加強(qiáng)施工過程的控制，保證配料的正確性。而在水泥混凝土的運(yùn)輸、振搗等過程中，必須要嚴(yán)格遵守相應(yīng)的施工規(guī)范，維持混凝土表面的濕潤性，保持長達(dá)兩周以上的養(yǎng)護(hù)。（4）加強(qiáng)對新型施工工藝的應(yīng)用，在條件允許的情況下，對于一些小型構(gòu)件，往往可以通過二次振搗的方式來提高其密實性、強(qiáng)度等，科學(xué)控制振搗時間，可以大大提高水泥混凝土的整體性能，增強(qiáng)其抗裂性與耐久性等。水泥混凝土在初凝前后的再次振動，可以使得其強(qiáng)度提高30%～40%，但其中最為關(guān)鍵的是重復(fù)振動時間的科學(xué)把控，時間過短會導(dǎo)致水泥混凝土性能的提升效果極小，而時間過長會破壞原有的混凝土結(jié)構(gòu)，因此，重復(fù)振動對小型水泥混凝土構(gòu)件的應(yīng)用效果明顯。

2.4 橋涵工程混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土的養(yǎng)護(hù)過程中，其需要重視的是養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)裂縫的控制，一旦養(yǎng)護(hù)過程中出現(xiàn)裂縫，要立即采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施，避免裂縫的擴(kuò)展。此外，當(dāng)橋涵工程投入使用以后，如果存在結(jié)構(gòu)受力的不均勻、超載等問題，也極易引發(fā)裂縫。石漠戈壁區(qū)的橋涵工程，混凝土養(yǎng)護(hù)過程中應(yīng)該加強(qiáng)對混凝土內(nèi)部溫度的控制，并做好相應(yīng)的灑水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面的濕潤。對石漠戈壁區(qū)域內(nèi)的橋涵工程而言，由于其區(qū)域自然環(huán)境相對特殊，在橋涵工程項目中，為保障工程的總體質(zhì)量，更要在混凝土施工后期加強(qiáng)對混凝土的養(yǎng)護(hù)管理，及時做好混凝土的保溫、保濕處理等，避免養(yǎng)護(hù)管理不到位引發(fā)的混凝土質(zhì)量問題等。此外，在養(yǎng)護(hù)過程中，有關(guān)的養(yǎng)護(hù)管理人員要根據(jù)工程的質(zhì)量要求，對養(yǎng)護(hù)時間等加以科學(xué)控制，一般其養(yǎng)護(hù)施加往往在2周以上，在養(yǎng)護(hù)過程中，有關(guān)人員要保障養(yǎng)護(hù)的規(guī)范性，避免養(yǎng)護(hù)中不當(dāng)行為等的出現(xiàn)。

3 結(jié)束語

近年來，隨著我國對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入增大，石漠戈壁區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善，尤其是橋涵工程逐步增多。但是，石漠戈壁區(qū)的橋涵工程受到各種因素的影響，極易出現(xiàn)混凝土裂縫的質(zhì)量缺陷。在施工過程中，有關(guān)施工人員要結(jié)合可能引發(fā)裂縫問題的原因，采取必要的控制措施，降低裂縫出現(xiàn)的概率，提高橋涵工程的整體質(zhì)量。