試論橋梁混凝土的裂縫處理與防制

李美南，李 紅

（贛州市公路管理局瑞金分局，江西 瑞金 342500）

混凝土裂縫在橋梁工程中深深困擾著橋梁工程技術人員。為了進一步加強對混凝土橋梁裂縫的認識，盡量避免工程中裂縫的出現。究其原因，我們認為對混凝土溫度應力的變化重視不夠是其中主要原因之一。在橋梁工程混凝土中，我們主要遇到的是施工過程中的溫度裂縫，因此本文對施工中混凝土溫度裂縫的成因和處理措施加以初淺探討。

1 裂縫的成因

混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響。主要是溫度和濕度的變化，混凝土原材料不合格，施工工藝質量低劣，外部荷載、凍脹、基礎不均勻沉降等。混凝土具有熱脹冷縮的性質，當外部環境或結構內部溫度發生變化時，混凝土將發生變形，若變形遭到約束，則在結構內產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時，即產生溫度裂縫。混凝土硬化期間水泥放出大量的水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，又在混凝土內部出現拉應力，氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。混凝土是一種脆性材料，由于原材料不均勻，水灰比不穩定及運輸和澆筑過程中的離析現象，在同一混凝土構件中抗拉強度是不均勻的，存在很多抗拉能力很低、易于出現裂縫的薄弱部位。

2 裂縫形成與溫度應力的關系

2.1 溫度應力的形成過程可分為以下三個階段

（1）早期。自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，這個階段有兩個特征：一是水泥放出大量的水化熱；二是混凝土彈性模量的急劇變化，這一時期在混凝土內形成殘余應力。

（2）中期。自水泥放熱基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止，這個時期，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期應力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

（3）晚期。混凝土完全冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。

2.2 溫度應力引起的原因可分為兩類

2.2.1 自生應力

邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，如果內部溫度是非線性分布的，由于結構本身互相約束而出現的溫度應力。

2.2.2 約束應力

結構的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應力，如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。

3 防止裂縫、減輕溫度應力的方法

3.1 溫度的控制

（1）改善骨料級配，采用干硬性混凝土、添加摻配材料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。

（2）拌和混凝土時用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。

（3）熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。

（4）在混凝土中埋設水管，通入冷水降溫。

（5）規定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發生急劇的溫度變化。

（6）施工中長期暴露的混凝土澆筑體表面或薄壁結構，在寒冷季節采用保溫措施。

3.2 改善約束條件的措施

（1）合理地分縫分塊。

（2）避免基礎過大起伏。

（3）合理地安排施工工序，避免過大的高差和側面長期暴露。

在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑混凝土早期拆模，在表面引起很大的拉應力，出現溫度沖擊現象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發，表面引起相當大的拉應力。此時，表面溫度亦較氣溫高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加拉應力，與水化熱應力疊加，再加上混凝土干縮，表面的拉應力達到很大的數值，就有導致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如塑料薄膜，對于防止混凝土表面產生過大的拉應力，具有顯著的效果。

加筋對大體積混凝土的溫度應力影響很小，因為大體積混凝土的含筋率低，在溫度不太高及應力低于屈服極限的條件下，鋼的各項性能是穩定的，而與應力狀態、時間及溫度無關。鋼的線脹系數與混凝土線脹系數相差很小，在溫度變化時兩者間只發生很小的內應力，由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7～15倍，當混凝土應力達到抗拉強度而開裂時，鋼筋的應力將不超過100～200 kg/cm2。因此，在混凝土中想利用鋼筋來防止細小裂縫的出現很困難，如果鋼筋的直徑細而間距密時，對提高混凝土抗裂性的效果較好。

4 防止施工工藝質量低劣引發的裂縫

在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理，施工質量低劣，容易產生各種裂縫，裂縫的寬度因產生的原因而異。比較常見的有：

（1）混凝土震搗過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實不足，硬化后沉實過大，容易澆筑數小時后發生裂縫，既塑性收縮裂縫。

（2）混凝土攪拌運輸時間過長，使水分蒸發過多，引起混凝土塌落度過低，使得混凝土出現不規則的收縮裂縫。

（3）混凝土保護層過厚或上層鋼筋被踩壓變位，使承受負彎矩的受力鋼筋保護層加厚，導致構件的有效高度減少，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

（4）用泵送混凝土施工時，為了保證混凝土的流動性，增加水和水泥用量，或因其他原因加大了水灰比，導致混凝土結硬化時收縮量的增加，使得混凝土出現不規則裂縫。

（5）混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位處理不當，易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫。

（6）施工模板剛度不足，在澆筑混凝土時，由于側向壓力的作用，使得模板變形，產生與模板變形一致的裂縫。

（7）施工時拆模過早，混凝土強度不足，使構件在自重或施工荷載作用下，產生裂縫。

（8）施工前對支架壓實不足，或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉，導致混凝土出現裂縫。以上問題在施工中應加以注意，可以避免裂縫的發生。

5 混凝土的早期養護

混凝土的早期養護至關重要，主要在于保持適宜的溫度條件，以達到兩個方面的效果：一方面使混凝土免受不利溫、濕度的侵襲，防止有害的冷縮和干縮；一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設計的強度和抗裂能力。從理論上分析新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余，但由于蒸發等原因常引起水分損失，從而推遲或妨礙水泥的水化反應，表面混凝土最容易直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后最初七天是養護的關鍵，在施工中應著重加以重視。

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2 簡華麗、袁繼雄、謝慧才.泵送混凝土早期裂縫分析［J］.四川建筑科學研究，2003（04）

3 孫國明.橋梁結構裂縫分析及加固技術處理［D］.阜新：遼寧工程技術大學，2002