道路橋梁施工大體積混凝土裂縫成因及防治對(duì)策

陸軍

摘 要：大體積混凝土在道路橋梁中的大跨度構(gòu)件的應(yīng)用非常普遍，但隨之而生的是裂縫病害頻發(fā)。本文主要討論了溫差裂縫、收縮裂縫和沉降裂縫的成因，并相應(yīng)的提出有效的防治措施以及裂縫修補(bǔ)措施，提高路橋工程的施工質(zhì)量和耐久性。

關(guān)鍵詞：道路橋梁施工;大體積混凝土;裂縫

1 大體積混凝土概述

隨著市政工程建設(shè)規(guī)模的不斷增大，路橋工程中的構(gòu)件跨度和自重也隨之增加，大體積混凝土的應(yīng)用越來(lái)越普遍，其主要指實(shí)體結(jié)構(gòu)中的最小尺寸大于等于1米，一次連續(xù)澆筑量大于1立方米的混凝土結(jié)構(gòu)。然而在實(shí)際施工中，受水泥水化大量放熱和內(nèi)外溫差等原因，大體積混凝土的施工極容易產(chǎn)生裂縫，既影響美觀性，又會(huì)影響結(jié)構(gòu)承載力，對(duì)于后序的施工和使用的安全性、耐久性產(chǎn)生不利影響。因此，對(duì)于施工中的裂縫成因進(jìn)行分析并采取相應(yīng)的防治措施很有必要，可以增強(qiáng)道橋的施工質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命。

2 成因分析

2.1 溫差裂縫

溫差裂縫是大體積混凝土中最常見(jiàn)的一種裂縫，如圖1（a）和（b）所示，的原理是結(jié)構(gòu)層間的溫差導(dǎo)致的體積熱脹冷縮不協(xié)調(diào)。主要是由于水泥凝結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生水化熱，混凝土越厚，則內(nèi)部結(jié)構(gòu)放熱量大導(dǎo)致內(nèi)外較大的溫差，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的膨脹系數(shù)大于表面，且溫差應(yīng)力與溫差呈正比，當(dāng)產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生裂縫。

2.2 收縮裂縫

收縮裂縫主要表現(xiàn)為自身體積的縮小，包括膠凝裂縫、干燥裂縫和碳化收縮。膠凝裂縫是由于水泥中膠體固化過(guò)程的材料自主收縮;干燥裂縫是混凝土中的游離水溢出形成的細(xì)微孔道，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)游離水持續(xù)揮發(fā);碳化收縮是CO2和溶解的CaO發(fā)生的碳化反應(yīng)使得體積產(chǎn)生緩慢的收縮，這種變化并不明顯。收縮裂縫一旦形成，水分會(huì)順縫隙更快的蒸發(fā)，反過(guò)來(lái)加速裂縫的蔓延。出現(xiàn)收縮裂縫的原因是多方面的，例如，混凝土的配合比不合適;攪拌振動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，水泥漿浮在上層，骨料下沉到底部;以及澆筑后沒(méi)有采取保護(hù)措施，外部環(huán)境導(dǎo)致水分散失。

2.3 沉降裂縫

沉降裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土支架或者支架地基沉降變形，或排水不暢有積水等產(chǎn)生的不均勻沉降，導(dǎo)致拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的產(chǎn)生，當(dāng)其大于混凝土本身的抗剪和抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生沉降裂縫，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生貫穿性裂縫，對(duì)安全性的威脅極大。

3 防治對(duì)策

3.1 溫控措施

3.1.1 原材料的選擇與溫度控制。

在水泥的選擇上應(yīng)盡量選用低水化熱的品種，以降低熱量的釋放，防止內(nèi)部升溫過(guò)快。另外，需要優(yōu)化混凝土的配合比，在強(qiáng)度不變的基礎(chǔ)上減小水泥用量，或者加入引氣劑、塑化劑、緩凝劑等外加劑。另外對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的原材料溫度應(yīng)根據(jù)熱工計(jì)算制定溫度控制指標(biāo)，采取相應(yīng)的措施，如圖2所示，可加設(shè)筒倉(cāng)隔熱布和堆場(chǎng)遮陽(yáng)棚。

3.1.2 分層澆筑

3.1.3 冷卻水管布置。

該方法主要是通過(guò)對(duì)混凝土內(nèi)部進(jìn)行冷水循環(huán)降溫，降低內(nèi)外溫差，在施工前需要預(yù)埋冷凝管，內(nèi)徑約為50mm，形狀為蛇形布設(shè)，如圖3（a）所示，當(dāng)施工間隔較長(zhǎng)時(shí)，可以考慮雙層對(duì)稱布設(shè)，如圖3（b）所示，在混凝土澆筑完成后即開(kāi)始通冷水，有效控制溫差裂縫。

3.1.4 溫度監(jiān)測(cè)。

根據(jù)規(guī)范要求，拆模時(shí)混凝土表面與大氣溫差，表面與內(nèi)部的溫差均不應(yīng)當(dāng)超過(guò)20℃。在鋼筋綁扎時(shí)、混凝土澆筑前可埋置電子測(cè)溫的溫度探頭，澆筑后通過(guò)測(cè)溫儀可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土中部、內(nèi)部、上表面及底面的溫度，以便及時(shí)控制內(nèi)外溫差和降溫速率。

3.2? 收縮裂縫防治

收縮裂縫的防治主要應(yīng)通過(guò)加強(qiáng)澆筑后的養(yǎng)護(hù)措施。澆筑完成后應(yīng)及時(shí)噴灑養(yǎng)護(hù)劑，并用塑料薄膜、草袋或濕砂等保溫材料進(jìn)行覆蓋，室外溫度高時(shí)需要遮陽(yáng)設(shè)施，風(fēng)大時(shí)需要擋風(fēng)設(shè)施，另外還可適當(dāng)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，保持表面濕潤(rùn)，這些措施都是為了防止水分蒸發(fā)過(guò)快導(dǎo)致的收縮裂縫。

3.3? 沉降裂縫防治

在設(shè)計(jì)階段應(yīng)當(dāng)根據(jù)地質(zhì)條件和勘察結(jié)果，并充分考慮結(jié)構(gòu)剛度，來(lái)設(shè)計(jì)合理的上部結(jié)構(gòu)形式，靜定結(jié)構(gòu)和細(xì)軟的結(jié)構(gòu)相對(duì)不易產(chǎn)生沉降裂縫。在橋梁基礎(chǔ)或支架地基施工時(shí)，對(duì)待軟弱地基應(yīng)當(dāng)進(jìn)行強(qiáng)夯加固處理，可使用重錘從高處釋放對(duì)土體進(jìn)行沖擊夯實(shí)，之后再多遍碾壓將基礎(chǔ)頂部壓實(shí)，使其穩(wěn)固，對(duì)支架地基進(jìn)行硬底化處理。另外，還應(yīng)該設(shè)計(jì)完善的排水系統(tǒng)，尤其在濕潤(rùn)多雨的地區(qū)，及時(shí)將積水排出可以避免不均勻沉降的發(fā)生。

4 裂縫修補(bǔ)

當(dāng)裂縫已經(jīng)形成時(shí)需要根據(jù)裂縫的程度及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，主要可分為表面處理法和結(jié)構(gòu)加固法。裂縫的尺寸小于0.2mm的一般細(xì)微裂縫，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生安全性的威脅，只需使用環(huán)氧樹(shù)脂或者丙烯酸橡膠進(jìn)行修補(bǔ)，裂縫較大可使用水泥砂漿進(jìn)行涂抹。而當(dāng)裂縫較大對(duì)結(jié)構(gòu)安全性造成威脅時(shí)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，常見(jiàn)的方法包括增大截面法、粘貼纖維法以及混凝土置換等。

5 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土裂縫的有效防治能夠提高路橋工程施工質(zhì)量和安全性，提高使用壽命?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程情況分析裂縫的成因，有針對(duì)性的實(shí)施預(yù)防其發(fā)生的措施，同時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)裂縫的發(fā)生進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢查，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)，避免更大的損害。

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