道路橋梁施工中混凝土裂縫成因與防治措施

徐明昊、劉素雅

[1.北京市政路橋股份有限公司，北京 100032；2.領(lǐng)天英才(北京)企業(yè)顧問(wèn)有限公司，北京100022]

1 混凝土裂縫成因

1.1 材料原因

如果混凝土原材料質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，如砂石、水泥等質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，或者配合比不符合要求等，就會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

第一，水泥的水化熱特性，會(huì)令混凝土內(nèi)部生成溫度應(yīng)力，為避免溫度應(yīng)力過(guò)高，應(yīng)選擇水化熱較低的水泥，保證水泥穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)。

第二，若骨料中含泥較多，那么在混凝土干燥過(guò)程中，網(wǎng)狀裂縫也會(huì)逐漸生成。

第三，堿-骨料反應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫?；炷林械墓橇虾蜕笆瘯?huì)和堿性物質(zhì)相互反應(yīng)，產(chǎn)生膠凝物質(zhì)，后者接觸水分之后體積會(huì)增加，進(jìn)而在混凝土內(nèi)部形成應(yīng)力，促進(jìn)裂縫的形成。

第四，坍落度或水灰比超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)砂使用量增加，同樣會(huì)促進(jìn)混凝土裂縫形成[1]。究其原因，水灰比會(huì)極大地影響混凝土強(qiáng)度，因此需要對(duì)水泥材料等計(jì)量偏差進(jìn)行合理控制。如果細(xì)砂中含泥量較高，同樣會(huì)加速混凝土收縮，導(dǎo)致混凝土抗拉強(qiáng)度受到影響，進(jìn)而在塑性收縮的作用下出現(xiàn)裂縫。另外，混凝土的干縮過(guò)程，也會(huì)加速生成裂縫。

1.2 混凝土變形

通常情況下，混凝土收縮變形和溫度變形等，均會(huì)促進(jìn)裂縫形成?；炷聊痰耐瑫r(shí)，內(nèi)部水分蒸發(fā)，體積縮小，進(jìn)而會(huì)因?yàn)槭湛s引發(fā)變形，收縮過(guò)程會(huì)促進(jìn)混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)力。溫度變形是因?yàn)榛炷镣瑯佑袩崦浝淇s特性，尤其是當(dāng)外部氣溫升高之后，混凝土內(nèi)外溫度不同，則會(huì)形成導(dǎo)致干縮變形的拉應(yīng)力，拉應(yīng)力超出標(biāo)準(zhǔn)，即會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫出現(xiàn)。

1.3 設(shè)計(jì)原因

第一，施工縫和伸縮縫都是導(dǎo)致混凝土裂縫生成的重要因素。一些設(shè)計(jì)單位在規(guī)定伸縮縫間距時(shí)，未能進(jìn)行合理控制，導(dǎo)致伸縮縫間距取到最大值，甚至有超出最大值的情況。

第二，鋼筋設(shè)置。當(dāng)前一般以正負(fù)彎矩配置配筋，分離布置，配筋方式能夠?qū)瓚?yīng)力起到有效的調(diào)節(jié)作用。此外，墩柱混凝土中鋼含量普遍不足，鋼筋之間的距離整體較大，同樣會(huì)降低板內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致橋梁墩柱裂縫開裂[2]。

1.4 施工原因

施工環(huán)節(jié)同樣是導(dǎo)致混凝土裂縫生成的重要原因。

第一，商品混凝土坍落度如果超標(biāo)，或者混凝土超過(guò)預(yù)期停置時(shí)間，都可能影響混凝土性能。混凝土澆筑振搗時(shí)如果出現(xiàn)未能合理分離粗細(xì)骨料、未能均勻振搗、壓實(shí)不達(dá)標(biāo)，或者面層砂漿相對(duì)集中等現(xiàn)象，也極容易導(dǎo)致混凝土密實(shí)性與均勻性出現(xiàn)不一致的情況。

第二，在施工階段，如果接茬位置延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土凝固，也會(huì)因?yàn)榛炷磷陨硎湛s性的不同而產(chǎn)生裂縫（見圖1）。板厚尺寸若未能嚴(yán)格控制，同樣會(huì)影響板厚的均勻性。鋼筋與線管若未能有效固定，同樣會(huì)增加線管與鋼筋移位變形的概率。

圖1 混凝土裂縫現(xiàn)象

第三，如果模板拼接未能達(dá)到嚴(yán)絲合縫的標(biāo)準(zhǔn)，如支撐體系不完善、剛度較差、存在漏漿情況、拆模時(shí)間過(guò)早等，同樣會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的出現(xiàn)?；炷寥绻B(yǎng)護(hù)時(shí)間不達(dá)標(biāo)，或未能采取有效養(yǎng)護(hù)措施，同樣會(huì)增加混凝土出現(xiàn)裂縫的概率[3]。

2 混凝土裂縫防治措施

2.1 科學(xué)選擇原材料

水泥的水化熱特性應(yīng)當(dāng)成為選擇的重要標(biāo)準(zhǔn)，如果水泥自身強(qiáng)度較高，應(yīng)適當(dāng)減少水泥用量。選擇外加劑時(shí)，應(yīng)以高效減水劑或膨脹劑為主，以促進(jìn)混凝土膨脹。如果現(xiàn)場(chǎng)利用泵送進(jìn)行混凝土輸送，由于泵送速度較慢，為避免混凝土過(guò)早凝固，應(yīng)當(dāng)將緩凝劑加入混凝土中，以復(fù)合型外加劑為主。骨料應(yīng)以中砂或粗砂為主，以3%的標(biāo)準(zhǔn)控制砂中含泥量，級(jí)配石的粒徑應(yīng)介于10～30mm 之間[4]。

2.2 重視工程設(shè)計(jì)

工程設(shè)計(jì)文件是開展施工環(huán)節(jié)的重要依據(jù)，因此需要設(shè)計(jì)人員在前期工程設(shè)計(jì)文件中，提出各項(xiàng)有效措施，以進(jìn)一步提升橋梁墩柱強(qiáng)度，避免橋梁墩柱開裂。可以進(jìn)一步提升橋梁墩柱配筋率與其厚度，考慮到橋梁墩柱通常會(huì)產(chǎn)生豎向裂縫，因此可以適當(dāng)增加橫向鋼筋數(shù)量，并對(duì)橋梁墩柱形心和重心的位置進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，保證其重合，避免兩者距離較遠(yuǎn)。設(shè)計(jì)思路應(yīng)當(dāng)與上部結(jié)構(gòu)荷載保持協(xié)調(diào)，避免橋梁沉降時(shí)出現(xiàn)傾斜問(wèn)題。墩柱鋼筋應(yīng)選擇直徑較小的鋼筋，排布方式以密排為主，以雙向雙層鋼筋為主，將放射筋設(shè)置在角落位置，將加強(qiáng)筋設(shè)置在預(yù)留洞口等處，增強(qiáng)上述薄弱位置的強(qiáng)度[5]。

2.3 科學(xué)設(shè)計(jì)配合比

配合比應(yīng)減少用水量和水灰比，水泥用量不能輕易增加，通常以不超過(guò)0.5 的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水灰比進(jìn)行合理控制。降低水灰比將會(huì)對(duì)混凝土彈性模量起到有效的提升作用，令混凝土具備更強(qiáng)的抗裂性能。因此，應(yīng)當(dāng)在不影響混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡量提升砂含量和水泥含量，進(jìn)一步提升石子用量。配制混凝土?xí)r應(yīng)采用計(jì)量?jī)x器，準(zhǔn)確計(jì)量混凝土量，同時(shí)保證攪拌的均勻性。如果混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象，應(yīng)重新攪拌均勻后，才能過(guò)渡到澆筑環(huán)節(jié)?；炷恋倪x擇應(yīng)以高性能混凝土為主，若應(yīng)用補(bǔ)償收縮混凝土，可適當(dāng)加入膨脹劑，促進(jìn)混凝土的微微膨脹，以抵消之前產(chǎn)生的收縮現(xiàn)象[6]。

2.4 強(qiáng)化施工管理

施工人員的自身技術(shù)是影響混凝土施工質(zhì)量的重要因素。當(dāng)前，一些進(jìn)行道路橋梁施工的施工人員，主要群體是農(nóng)民工，這部分人群施工經(jīng)驗(yàn)豐富，但是自身文化水平不足，對(duì)于一些施工安全隱患和施工質(zhì)量的重視程度不足，往往為了趕工期，疏于對(duì)工程質(zhì)量的關(guān)注。因此，對(duì)于施工單位而言，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)施工人員的安全意識(shí)教育，保證每個(gè)施工人員能夠依照要求佩戴勞保工具作業(yè)，并嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行施工。管理人員應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的每道施工工序加強(qiáng)監(jiān)督，以達(dá)到控制施工質(zhì)量的目的。

2.5 模板施工控制

模板需保證合理構(gòu)造，避免施工荷載對(duì)模板產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致模板變形，也可以防止對(duì)混凝土構(gòu)件截面尺寸產(chǎn)生影響，從而降低裂縫出現(xiàn)概率。在頂板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的同時(shí)，頂板模板的支撐需要保證連續(xù)性，且需要在三層以上，避免出現(xiàn)頂板擾度變形，導(dǎo)致混凝土頂板出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫。墻體側(cè)模板拆除時(shí)間應(yīng)合理控制，不能太早，要等到混凝土硬化之后才能適當(dāng)輕撬側(cè)模，這一時(shí)間通常是澆筑混凝土工序完成12h 之后。拆掉模板之后，應(yīng)當(dāng)重視對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)，將水或養(yǎng)護(hù)劑噴在混凝土表面[7]。

2.6 混凝土澆筑質(zhì)量控制

澆筑之前，應(yīng)當(dāng)提前對(duì)橋梁各部分的厚度標(biāo)志線進(jìn)行標(biāo)記，在澆筑階段，應(yīng)當(dāng)邊澆筑，邊對(duì)混凝土標(biāo)高進(jìn)行控制，頂端澆筑需要超灌0.5～1m 的距離，避免頂端混凝土強(qiáng)度不足?；炷列枰侠砜刂葡铝细叨龋駬v時(shí)需保證均勻性，合理控制力度，待混凝土初凝之后，在初凝和終凝之間的時(shí)間段內(nèi)，對(duì)混凝土完成二次收面，覆蓋薄膜的操作應(yīng)當(dāng)和收面工序同步進(jìn)行，從而避免混凝土出現(xiàn)收縮裂縫現(xiàn)象。此外，應(yīng)強(qiáng)化混凝土養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，可通過(guò)薄膜覆蓋混凝土構(gòu)件。如果施工時(shí)間恰逢冬季，則需要在混凝土外表面覆蓋薄膜。澆筑12h 之后，應(yīng)當(dāng)每隔一段時(shí)間澆水，通常情況下，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)超過(guò)7d，如果混凝土中混入外加劑，則養(yǎng)護(hù)時(shí)間需延長(zhǎng)至14d。應(yīng)避免在道路橋梁上堆放材料，同時(shí)限制材料堆放數(shù)量，防止荷載過(guò)于集中而產(chǎn)生墩柱裂縫[8]。

3 結(jié)構(gòu)裂縫處理路徑

3.1 小于0.2mm 寬度的裂縫

細(xì)微裂縫以表面封閉法為主，如果裂縫寬度較大，應(yīng)以開槽封閉法為主。具體而言，表面封閉法是用刮刀配置好封閉膏在裂縫表面刮涂，寬度一般為5cm，厚度為2mm。開槽封閉法通常應(yīng)用于角磨機(jī)切開裂縫，完成槽的清理，將封閉膏嵌入其中。具體而言，開槽封閉法需要先用角磨機(jī)依照裂縫方向開槽，鑿除松散混凝土，避免影響混凝土表面的堅(jiān)固性。后續(xù)進(jìn)行基層處理，需要用高壓氣槍充分水掃縫中和表面的浮塵，擦去浮灰，貼好防污膠條，避免影響邊緣的整齊性和美觀性。刮抹配料時(shí)，刮抹封閉膏的配比應(yīng)嚴(yán)格依照說(shuō)明書要求控制，保證攪拌操作的均勻性。攪拌過(guò)后應(yīng)靜置10min，在應(yīng)用之前需重新進(jìn)行攪拌。處理之后的裂縫應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)保護(hù)，不能因誤觸而產(chǎn)生破壞，使其保持超過(guò)24h 的干燥時(shí)間，并保持超過(guò)14d 的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。達(dá)到強(qiáng)度之后，應(yīng)當(dāng)用砂輪機(jī)對(duì)裂縫位置進(jìn)行打磨，保證打磨的平整性[9]。

3.2 大于0.2mm 寬度的裂縫

具體而言，應(yīng)先對(duì)裂縫進(jìn)行觀測(cè)，記錄裂縫寬度，并完成裂縫總長(zhǎng)度的統(tǒng)計(jì)工作?；鶎犹幚頃r(shí)，應(yīng)當(dāng)將裂縫表面油污和灰塵清除干凈，可以用氣泵對(duì)裂縫進(jìn)行清理，如果是在混凝土抹灰之后，則應(yīng)當(dāng)將抹灰層剔掉，露出混凝土表面。施工階段應(yīng)使裂縫保持干燥，不能用水隨意沖刷裂縫。確定注入口時(shí)，相鄰注入口的間距應(yīng)控制在16～19cm 之間，在注入口上貼好膠帶。注入口位置的選擇，應(yīng)當(dāng)以開口通暢、寬縫位置為主。配制封縫膠時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格依照說(shuō)明書要求進(jìn)行，以5min 為標(biāo)準(zhǔn)控制封縫膠的初凝時(shí)間，這就要求現(xiàn)場(chǎng)人員不能提前太長(zhǎng)時(shí)間配制封縫膠，配量也不能太多。封閉裂縫時(shí)，應(yīng)當(dāng)在裂縫表面涂刮封縫膠，寬度一般在5cm 左右即可，需要提前預(yù)留注入口。針對(duì)貫通板面裂縫，灌漿應(yīng)以上方為起始點(diǎn)，遵循自上而下的原則，板面上下的封閉應(yīng)當(dāng)同步進(jìn)行。主裂縫附近如果有裂縫，應(yīng)同步進(jìn)行封閉，避免滲出灌漿樹脂。進(jìn)行底座安設(shè)時(shí)，應(yīng)將注入口膠帶揭掉，封緊底座的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免注入口出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。配制灌漿樹脂之后，應(yīng)當(dāng)依照封閉裂縫，當(dāng)封縫膠終凝之后，應(yīng)配制合適配比的樹脂，一般只需要配置0.5L 即可，延長(zhǎng)樹脂固化時(shí)間[10]。后續(xù)應(yīng)當(dāng)安設(shè)灌漿器，在軟管中注入配制好的灌漿樹脂，在灌漿器中安設(shè)軟管。針對(duì)立面施工時(shí)，應(yīng)以最低位底座為起始點(diǎn)，灌漿遵循自下而上的原則。

為保證施工人員安全，向上抬頭施工時(shí)應(yīng)戴好防護(hù)鏡。灌漿器安設(shè)之后，可以進(jìn)行灌漿操作。松開灌漿器彈簧，記錄注入狀態(tài)，若樹脂量不足，可以現(xiàn)場(chǎng)配制并持續(xù)注入。當(dāng)灌滿本段裂縫后，可以拆掉灌漿器。在倒立或豎直施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)堵死底座，避免樹脂流出。半小時(shí)后，可以在注入口位置點(diǎn)膠，對(duì)基層吸收樹脂起到有效的補(bǔ)充作用。灌漿結(jié)束之后，應(yīng)當(dāng)對(duì)灌漿器進(jìn)行清洗。灌漿結(jié)束之后，應(yīng)用酒精充分浸泡灌漿器，方便后續(xù)使用?；鶎訌?fù)原應(yīng)當(dāng)?shù)鹊綐渲袒筮M(jìn)行，此時(shí)應(yīng)將堵頭和底座敲掉，并清除封縫膠。如果有必要，應(yīng)當(dāng)用打磨機(jī)充分打磨表面封縫膠。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，混凝土是道路橋梁工程中必不可少的工程材料，如果有裂縫等質(zhì)量問(wèn)題，會(huì)對(duì)工程整體質(zhì)量產(chǎn)生較大負(fù)面影響?？傮w說(shuō)來(lái)，混凝土裂縫的形成和材料原因、設(shè)計(jì)原因和施工原因等高度相關(guān)，會(huì)直接影響道路橋梁的整體強(qiáng)度，進(jìn)而降低工程質(zhì)量。防治措施應(yīng)對(duì)癥下藥，從材料配比、混凝土澆筑和模板等的施工管理、優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面入手，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)道路橋梁工程質(zhì)量的整體提升。