談?wù)劰窐蛄夯炷亮芽p的成因及防治

【摘 要】本文綜合分析了橋梁結(jié)構(gòu)混凝土施工中非荷載裂縫產(chǎn)生的主要原因，并提出了混凝土裂縫的防治技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁；混凝土裂縫；成因；防治措施

前 言

隨著現(xiàn)代城市公路建設(shè)的突飛猛進(jìn)，大體積混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越多。公路橋梁混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：混凝土結(jié)構(gòu)物要采取有效技術(shù)措施避免混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，以免造成橋梁的工程質(zhì)量隱患，可見混凝土裂縫已引起人們的關(guān)注，目前，國內(nèi)外對機(jī)械荷載引起的開裂問題研究得較為透徹。而對溫度荷載引起的有關(guān)裂縫的研究尚不充分。尤其對于橋梁中大體積混凝土的裂縫的研究并未得到足夠的重視。

1 混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因

混凝土結(jié)構(gòu)通常具有以下特點(diǎn)：混凝土是脆性材料，抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1／10左右。大體積混凝土的斷面尺寸較大，由于水泥的水化熱會使混凝土內(nèi)部溫度急劇上升；以及在以后的降溫過程中，在一定的約束條件下會產(chǎn)生相當(dāng)大的拉應(yīng)力。大體積混凝土結(jié)構(gòu)中通常只在表面配置少量鋼筋，或者不配鋼筋。因此，拉應(yīng)力要由混凝土本身來承擔(dān)。

1.1 水泥水化熱的影響。水泥水化過程中放出大量的熱，且主要集中在澆筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，如果以水泥用量350Kg／m3 一550 Kg／m3 來計(jì)算，每方混凝土將放出17500KJ～27500KJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高（可達(dá)7O℃左右，甚至更高）。尤其對于大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。由于混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，因而混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。

1.2 混凝土的收縮。混凝土在空氣中硬結(jié)時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力的情況下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時(shí)（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。引起混凝土收縮裂縫的情況主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度

收縮三種。在硬化初期主要是水泥在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。

1.3 外界氣溫濕度變化的影響。混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生有很大的影響。混凝土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的溫度和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

2 混凝土裂縫的防治

2.1 混凝土中水泥的質(zhì)量要求。理論研究表明大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量。于是，我們對于橋梁中的大體積混凝土應(yīng)該選擇低熱或者中熱的水泥品種。而水泥釋放溫度的大小及速度取決于水泥內(nèi)礦物成分的不同。水泥礦物中發(fā)熱速率最快和發(fā)熱量最大的是鋁酸三鈣，其他成分依次為硅酸三鈣、硅酸二鈣和鐵鋁酸四鈣。另外，水泥越細(xì)發(fā)熱速率越快，但是不影響最終發(fā)熱量。因此我們在大體積混凝土施工中應(yīng)盡量使用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥。我們應(yīng)該充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，以減少水泥的用量。因?yàn)榇篌w積混凝土施工期限長，不可能28d向混凝土施加設(shè)計(jì)荷載，因此將試驗(yàn)混凝土標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的齡期向后推遲至56d或者90d是合理的。這是基于這一點(diǎn)，國內(nèi)外很多專家均提出類似的建議。 這樣充分利用后期強(qiáng)度則可以每方混凝土減少水泥40Kg~70Kg左右，混凝土內(nèi)部的溫度相應(yīng)降低4℃~7℃。

2.2 摻加外加料和外加劑質(zhì)量要求。在大體積混凝土中摻入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密實(shí)度，提高抗?jié)B能力，改善混凝土的強(qiáng)度，降低最終收縮值，減少水泥用量。要降低大體積混凝土的水泥水化熱引起的內(nèi)部溫升，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫，利用粉煤灰作混凝土的摻合料是最有效的方法之一。外加劑可以從以下幾個(gè)方面來選擇。UFA膨脹劑，它可以等量替換水泥。并且是混凝土產(chǎn)生適度的膨脹。一方面保證混凝土的密實(shí)度，另一方面使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓力，以抵消混凝土中產(chǎn)生的部分拉應(yīng)力。減水緩凝劑，并應(yīng)保證一定的坍落度。這樣可以延緩水化熱的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以達(dá)到減少水化熱的目的。

2.3 大體積混凝土的骨料質(zhì)量。在骨料的選擇上應(yīng)該選取粒徑大、強(qiáng)度高、級配好的骨料。這樣可以獲得較小的空隙率及表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少干縮，減少了混凝土裂縫的發(fā)展。

2.4 混凝土耐久性設(shè)計(jì)。雖然大體積混凝土不布置鋼筋或者布筋較少，我們還是可以在裂縫易發(fā)生部位如孔洞周圍以及轉(zhuǎn)角處布置一些斜筋，從而讓鋼筋代替混凝土承擔(dān)拉應(yīng)力，這樣可以有效的控制裂縫的發(fā)展。為了避免裂縫的出現(xiàn)，在設(shè)計(jì)中利用中低強(qiáng)度底水泥充分

利用混凝土的后期強(qiáng)度。在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要特別注意降低結(jié)構(gòu)的約束度。對于混凝土中鋼筋保護(hù)層的厚度應(yīng)當(dāng)盡量取較小值，因?yàn)楸Ｗo(hù)層的厚度愈大愈容易發(fā)生裂縫。

2.5 混凝土的施工溫度控制。混凝土施工包括混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑和溫度及表面保護(hù)，是保護(hù)大體積混凝土溫度裂縫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而熱應(yīng)力的控制手段主要是控制混凝土的內(nèi)外溫差△T=Tp+T r—Tf其中：Tp——起始澆筑溫度；T r ——水泥水化溫升；Tf——天然或人工冷卻后澆筑塊的穩(wěn)定溫度。 在溫度較高的情況下進(jìn)行施工，我們一定要注意降低混凝土澆筑時(shí)的溫度。可以在施工現(xiàn)場對露天堆放的砂石用布覆蓋，以減少陽光的照射，同時(shí)對澆筑前的砂石用冷水降溫。在攪拌過程中向混凝土中添加冷水。以上這些措施都可以有效的降低混凝土的入模溫度。在混凝土的內(nèi)部通人冷卻循環(huán)水，采用循環(huán)法保溫養(yǎng)護(hù)，以便加快混凝土內(nèi)部的熱量散發(fā)。混凝土表面應(yīng)該覆蓋一些隔熱物進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù)這樣不但可以降低混凝土內(nèi)外溫差，防止表面產(chǎn)生裂縫，還可以防止混凝土驟然降溫產(chǎn)生貫穿裂縫，并且還可以使水泥順利水化，防止產(chǎn)生濕度裂縫。為了及時(shí)掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面溫度變化值，可以在混凝土內(nèi)埋設(shè)一定量的測溫點(diǎn)，從而可以更好地了解混凝土的溫度變化情況，一旦內(nèi)外溫差超過允許值25℃，要及時(shí)采取措施。在冬季進(jìn)行施工，一方面要防止早期混凝土被凍問題，要求混凝土澆筑時(shí)具有較高的澆筑溫度。但另一方面，正是由于天氣寒冷，混凝土穩(wěn)定溫度一定較低，往往超過允許溫差，不符合防止混凝土產(chǎn)生裂縫的要求，所以冬季施工時(shí)混凝土澆筑溫度一般以5℃~10℃為宜，在澆筑混凝土前還應(yīng)對基礎(chǔ)及新混凝土接觸的冷壁用蒸汽預(yù)熱，對原材料應(yīng)視氣溫高低進(jìn)行加熱。加熱石料時(shí)應(yīng)避免過熱和過分干燥，最高溫度不應(yīng)超過75℃。另外還要注意運(yùn)輸中的保溫、澆筑過程中減少熱量的損失以及保溫養(yǎng)護(hù)。

2.6 混凝土的裂縫處治。對于混凝土裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主，為此需要精心設(shè)計(jì)、施工，但是由于目前采用的防止裂縫的安全系數(shù)較小，而實(shí)際情況又復(fù)雜多變，所以實(shí)際工程中還是難免出現(xiàn)一些裂縫。大體積混凝土的裂縫分為三種：表面裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫。對于表面裂縫因其對結(jié)構(gòu)應(yīng)力、耐久性和安全性基本沒有影響，一般不作處理。對深層裂縫和貫穿裂縫，在程度較輕不影響受力的情況下，可以用風(fēng)鎬、風(fēng)鉆或人工將裂縫鑿除，鑿槽斷面為梯形，然后在上面澆筑混凝土。限裂鋼筋，在處理較深的裂縫時(shí)，一般是在混凝土已充分冷卻后在裂縫上鋪設(shè)1～2層的鋼筋后再繼續(xù)澆筑新混凝土。對比較嚴(yán)重的裂縫可以采取水泥灌漿和化學(xué)灌漿，水泥灌漿適用于裂縫寬度在0．5mm以上時(shí)，對于裂縫寬度小于0．5mm時(shí)應(yīng)采取化學(xué)灌漿，化學(xué)灌漿材料一般使用環(huán)氧—糠醛丙酮類等漿材。裂縫超過限值不符合要求的應(yīng)廢除重新澆筑。

3 結(jié)束語

綜上所述，雖然大體積混凝土很容易產(chǎn)生裂縫，但是大量的科學(xué)研究以及成功的工程實(shí)例都表明：只要我們在設(shè)計(jì)、施工工藝、材料選擇以及后期的養(yǎng)護(hù)過程中能夠充分考慮到各種因素的影響，還是完全可以避免結(jié)構(gòu)危害性裂縫的產(chǎn)生。