橋梁施工中鋼筋混凝土裂縫的成因及防范措施

許焱 王道峰

摘要： 混凝土是橋梁建設中的主要材料之一，橋梁80%以上的構件均為鋼筋混凝土結構。盡管我們已采取各種措施，但在各結構施工過程中混凝土產生的裂縫卻無所不在。為了盡量避免工程中危害較大的裂縫和控制可克服裂縫的產生，本文對橋梁混凝土施工過程中所產生的裂縫成因作了較為深入的分析，以便在施工過程中采取行之有效的控制措施，保證混凝土結構的使用功能及安全性能。

關鍵詞： 橋梁施工鋼筋混凝土裂縫防范措施處理方法

1.橋梁施工中鋼筋混凝土裂縫的種類及產生的原因

1.1混凝土干縮裂縫。

干縮裂縫多出現在混凝土養護結束后的一段時間內，或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥砂漿中水分蒸發會產生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而引起變形不同的結果。材料缺陷也容易引起混凝土表面干縮裂縫，研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，絕對體積減小，毛細孔縫中水溢出產生毛細壓力，使得混凝土產生毛細收縮，由此引起水泥砂漿的干縮值為0.1%—0.2%，混凝土的干縮值為0.04%—0.06%，而混凝土的極限拉伸值只有0.01%—0.02%，所以當其大于混凝土的極限拉伸值即產生裂縫［１］。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網狀淺細裂縫，寬度多在0.05—0.2ｍｍ之間，大體積混凝土中平面部位多見，較薄的梁板中多沿其短向分布。

1.2混凝土塑性收縮裂縫。

塑性收縮是指混凝土在凝結之前，表面因失水較快而產生的收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風天氣出現，裂縫多呈中間寬兩端細且長短不一、互不連貫的狀態。其產生的主要原因為：混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，或者混凝土剛剛終凝而強度很小時，受高溫或較大風力的影響，表面失水過快，造成毛細管中產生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間、環境溫度、風速、相對濕度等。

1.3地基變形、沉陷引起的裂縫。

這類裂縫的產生是由于結構物地基土質松軟，或回填土不實造成不均勻沉降；或者因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產生不均勻沉降，致使混凝土結構產生裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關，較大的沉陷裂縫往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關系。地基變形穩定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩定。

1.4溫度變化引起的裂縫。

溫度裂縫一般是由于大氣溫度變化、周圍環境溫度太高或者大體積混凝土施工時產生的水化熱等因素造成。

1.4.1水化熱。在施工過程中，大體積混凝土（厚度超過2．0m）澆筑之后由于水泥水化放熱，因而內部溫度很高，內外溫差太大，表面出現裂縫。施工中應根據實際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥單位用量，降低骨料入模溫度，降低內外溫差，并緩慢降溫，必要時可采用循環冷卻系統進行內部散熱或采用薄層連續澆筑以加快散熱。有關研究表明［2］，當混凝土內外溫差10℃時，冷縮值為0.01%，如果混凝土內外溫差20℃—30℃時，其冷縮值為0.02%—0.03%，而混凝土的極限拉伸值只有0.01%—0.02%，當其大于混凝土極限拉伸值時混凝土就開裂。

1.4.2養護或冬季施工時施工措施不當，混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均，易出現裂縫。溫度裂縫的走向通常無一定規律，大面積結構裂縫常縱橫交錯；梁板類長度尺寸較大的結構，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細，而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫會引起鋼筋銹蝕，混凝土碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗滲能力等。

1.5施工工藝質量引起的裂縫。

在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質量低劣，則容易產生表面的、深進的和貫穿的各種裂縫，特別是細長薄壁結構更容易出現［2］。裂縫出現的部位和走向、裂縫寬度產生的原因比較典型常見的有以下幾個。

1.5.1混凝土保護層過厚或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負彎矩的受力筋保護層加厚，導致構件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

1.5.2混凝土振搗不密實、不均勻，出現蜂窩、麻面、空洞，導致鋼筋銹蝕或成為其他荷載裂縫的起源點。

1.5.3混凝土澆筑過快，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，容易在澆筑數小時后發生裂縫，即塑性收縮裂縫。

1.5.4混凝土攪拌、運輸時間過長，使水分蒸發過多，引起混凝土坍落度過低，使得在混凝土體積上出現不規則的收縮裂縫。

1.5.5混凝土初期養護時急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現不規則的收縮裂縫。

1.5.6用泵送混凝土施工時，為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，導致混凝土凝結硬化時收縮量增加．使得混凝土體積上出現不規則裂縫。

1.5.7混凝土分層或分段澆筑時，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫。如混凝土分層澆筑時，后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑，引起層面之間的水平裂縫；采用分段現澆時，先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好，新舊混凝土之間黏結力小或后澆混凝土養護不到位，導致混凝土收縮而引起裂縫。

1.5.8混凝土早期受凍。使構件表面出現裂紋，或局部剝落，或脫模后出現空鼓現象。

1.5.9施工時模板剛度不足。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。

1.5.10施工時拆模過早。混凝土強度不足，使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。

1.5.11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。

1.5.12安裝順序不正確。對產生的后果認識不足，導致產生裂縫。如鋼筋混凝土連續梁滿堂支架現澆施工時，鋼筋混凝土墻式護欄若與主梁同時澆筑，拆架后墻式護欄往往產生裂縫；拆架后再澆筑護欄，則裂縫不易出現。

1.5.13施工質量控制差。任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料計量不準，結果造成混凝土強度不足和其他性能(和易性、密實度)下降，導致結構開裂。

2.混凝土結構裂縫的預防措施

2.1控制混凝土使用材料和溫升。

2.1.1選用水化熱低的水泥。水化熱是水泥熟料水化放出的熱量。為使混凝土減少升溫，可以在滿足設計強度要求的前提下，減少水泥用量，盡量選用中低熱水泥。一般工程可選用礦渣水泥或粉煤灰水泥。

2.1.2利用混凝土的后期強度。據試驗數據表明，每立方米的混凝土水泥用量，每增減10千克，混凝土溫度受水化熱影響相應升降1℃。因此根據結構實際情況，對結構的剛度和強度進行復算并取得設計和質檢部門的認可后，可用f45、f60或f90替代f28作為混凝土設計強度，這樣每立方米混凝土的水泥用量會減少40—70千克/立方米，相應的水化熱溫升也減少4℃—7℃。

利用混凝土后期強度主要是從配合比設計入手，并通過試驗證明28天之后混凝土強度能繼續增長。到預計的時間能達到或超過設計強度。

2.1.3摻入減水劑和微膨脹劑。摻加一定數量的減水劑或緩凝劑，可以減少水泥用量，改善和易性，推遲水化熱的峰值期。而摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥，也可以減少混凝土的溫度應力。

2.1.4摻入粉煤灰外摻劑。在混凝土中加入少量的磨細粉煤灰取代部分水泥，不僅可降低水化熱，還可改善混凝土的塑性。

2.1.5骨料的選用。連續級配粗骨料配制的混凝土具有較好的和易性，可減少用水量和水泥用量，具有較高的抗壓強度。另外砂、石含泥量要嚴格控制。砂的含泥量小于2%，石的含泥量小于1%［3］。

2.1.6降低混凝土的出機溫度和澆筑溫度。首先要降低混凝土拌和溫度。降低混凝土出機溫度的有效的辦法是降低石子的溫度，在氣溫較高時，避免太陽直接照射骨料，必要時向骨料噴射水霧或使用前用冷水沖洗骨料。另外混凝土的裝卸、運輸、澆筑等工序都對溫度有影響。為此，在炎熱的夏季應盡量減少從攪拌站到入模的時間。

2.2采用保溫或保濕養護延緩混凝土降溫速度。

加強混凝土養護，在每次混凝土澆筑完畢后，應及時按溫控技術措施的要求進行保溫養護。不同施工季節應選擇不同的混凝土養護方法。夏季施工時，要采用草簾覆蓋、蓄水、灑水、噴水等溫降方法進行養護；正常氣溫時，可噴刷養生液養護；冬季施工時，可使用保溫材料來提高混凝土的表面溫度，也可用薄膜養生液、塑料薄膜等封閉料對混凝土保溫、保濕，在寒冷季節可搭設擋風保溫棚。混凝土的養護時間根據水泥的品種確定，一般來講，普通水泥的養護時間為14d，礦渣水泥、粉煤灰粉水泥、火山灰水泥及摻加摻和料后的混凝土的養護時間為21d。

2.3改善施工工藝，提高混凝土抗裂能力。

2.3.1采用分層分段法澆筑混凝土，有利于混凝土消化熱的散失，減小內外溫差。

2.3.2改善配筋，避免應力集中，增強抵抗溫度應力的能力。孔洞周圍、變斷面轉角部位、轉角處都會產生應力集中。為此，在孔洞四周增配斜向鋼筋、鋼筋網片，在變截面作局部處理使截面逐漸過渡，同時增配抗裂鋼筋都能防止裂縫的產生。值得注意的是，配筋要盡可能應用小直徑和小間距，按全截面對稱配置。

2.3.3設置后澆帶。對于平面尺寸過大的大體積混凝土應設置后澆帶，以減少外約束力和溫度應力；同時也有利于散熱，降低混凝土的內部溫度。

2.3.4做好溫度監測工作，及時反映溫差，隨時指導養護，控制混凝土內外溫差不超過25攝氏度。

3.混凝土裂縫的處理方法

3.1不影響結構安全的情況下。

經過調查分析，確認在裂縫不降低承載力的情況下，采取表面修補法、充填法、注入法等處理方法。

3.1.1表面修補法。該法適用于較窄的縫，用以恢復構件表面美觀和提高耐久性，常用的是沿混凝土裂縫表面鋪設薄膜材料，一般可用環氧類樹脂或樹脂浸漬玻璃布。

3.1.2充填法。當裂縫較寬時，可沿裂縫混凝土表面鑿成V形或U形槽，使用樹脂砂漿材料進行填充，也可使用水泥砂漿或瀝青等材料。

3.1.3注入法。當裂縫寬度較小且較深時，可采用將修補材料注入混凝土內部的修補方法，首先裂縫處設置注入用管，其他部位用表面處理法封住，使用低黏度環氧樹脂注入材料，用電動泵或手動泵注入修補。

3.2影響結構安全的情況下。

如果裂縫影響到結構安全，可采取圍套加固法、鋼箍加固法、粘貼加固法等結構加固法。此方法屬結構加固，須經設計驗算后方可進行。

3.2.1圍套加固法。在周圍尺寸允許的情況下，在結構外部一側或數側外包鋼筋混凝土圍套，以增加鋼筋數量和截面，提高其承載力；對構件裂縫嚴重，尚未破碎裂透或一側破裂的，將裂縫部位鋼筋保護層鑿去，外包鋼絲網一層；大型設備基礎一般采取增設鋼板箍帶，增加環向抗拉強度的方法處理。［3］

3.2.2鋼箍加固法。在結構裂縫部位四周加U型螺栓或型鋼套箍將構件箍緊，以防止裂縫擴大和提高結構的剛度及承載力。加固時，應使鋼套箍與混凝土表面緊密接觸，以保證共同工作。

3.2.3粘貼加固法。將鋼板或型鋼用改性環氧樹脂和黏結劑，黏結到構件混凝土裂縫部位表面，使鋼板或型鋼與混凝土連成整體共同工作。黏結前，鋼材表面進行噴砂除銹，混凝土刷凈干燥，黏結層厚度為1—4毫米。

4.結語

綜上所述，在充分了解混凝土裂縫產生的種種原因基礎上，適當采取科學、合理、切實有效的防范措施，可把混凝土裂縫控制在建筑規范容許的范圍內。實踐證明，只有從原材料、設計、施工等方面加強質量控制，才能最大限度地預防和控制混凝土裂縫的產生，才能保證混凝土結構安全、適用、可靠和耐久的要求，才能保障人們的生命和財產安全。

參考文獻：

［1］張小亮.混凝土裂縫成因分析及控制［J］.山西建筑，2010，（2）.

［2］王金杰，薄士威.淺析薄壁混凝土裂縫施工控制技術［J］.水利與建筑工程學報，2011，（1）.

［3］呂克志.溫度作用下蝸殼外圍混凝土裂縫穩定性分析［J］.水利與建筑工程學報，2012，（2）.