淺析公路橋梁混凝土裂縫成因及控制

劉桂霞

張家口市公路施工管理處，河北張家口 075000

1 公路橋梁混凝土裂縫產生的原因

根據相關數據顯示，公路橋梁混凝土裂縫的原因多種多樣，而絕大多數集中在以下幾個方面：施工因素約占75%左；混凝土材料本身約占15%；設計不當約占5%左右，其他情況導致的裂縫約占5%。

1.1 混凝土本身的收縮產生裂縫

通常情況下，混凝土在抵抗物理、化學作用下容易產生變形，尤其是體積穩定性較差的混凝土更容易裂縫。混凝土的干燥收縮即由水泥石的干燥收縮造成。其收縮的過程比較緩慢，有時一個多月才發生，有的多達半年之久，這種從外到內、由表及里的干燥收縮所導致的裂縫部位較淺，外觀呈現縱橫交錯的龜裂狀，沒有什么規律，不被大家重視。時間一長，干縮的裂縫使凝土碳化加快，一方面造成鋼筋銹蝕，另一方面，使小裂縫發展成為更大的裂縫，最終使混凝土的結構耐久性和承載能力受到嚴重影響。

由于水灰比、水泥類型和礦物摻和料的種類與摻量等因素，導致自收縮現象，新拌的混凝土常常表面脫水而引起收縮。

混凝土內水泥堿化物與骨材中活性二氧化硅會在足夠濕氣及溫度的環境催化下發生化學反應。

1.2 混凝土所用材料的影響

據研究，高爐水泥對混凝土的干縮影響最大，硅石水泥次之，對混凝土干縮影響較小的依次是火山灰和普通硅酸鹽水泥以及粉煤灰和中熱硅酸鹽水泥等。礦渣硅酸鹽水泥比普通硅酸鹽水泥拌制混凝土的收縮值將近大四分之一。因此，水泥種類不當，混凝土較易裂縫。

除此以外，不論采用哪種水泥，還要關注其細度問題，細度越細，拌制的混凝土越易裂縫。原因有三：一是細度大的水泥水化快，水的消耗較大，導致混凝土自干燥收縮；二是細度大的水泥，使毛細管細化，失水時必定張力較大，加大了混凝土的塑性收縮；三是顆粒越細水化越充分，產生更多凝膠和其它水化物，導致混凝土的開裂。試驗表明，混凝土中摻加外加劑的干縮值較大。

1.3 結構、設計方面的因素

造成結構物裂縫的產生，也可能形成災難性的破壞。如預構件版凹角的不良設計，鋼筋的不當配置，在溫、濕度的變化下又缺少足夠的施工縫，受束制構件產生體積變化及不良基礎設計，使結構物發生差異性的位移，這些都可能會產生不可接受的裂縫。

鋼筋本來受混凝土堿性保護不易發生腐蝕，但在混凝土因碳化而降低其堿性，或是侵蝕性離子（通常是氯離子）侵入時就會腐蝕，鋼筋腐蝕生成氧化鐵及氫氧化合物，其生成物體積遠大于原有之鐵的體積，而在鋼筋周圍產生很大的放射破裂應力，造成局部有放射狀裂縫的生成。

2 公路橋梁混凝土裂縫控制措施

2.1 混凝土材料——按標準選擇

為了防止裂縫開展，在材料方面控制公路橋梁混凝土的開裂，主要從減小混凝土的收縮，降低水化熱，增強混凝土抗拉強度等方面入手，一是選用低熱或中熱水泥，根據日本有關技術資料規定，水泥用量每增減10kg，溫度亦相應升降l℃。這樣水泥用量減少了20kg/m3～30kg/m3，溫度也隨著降低2～3℃。

水泥和水的用量，都與水化熱成正比，混凝土1m3增減10kg水泥，其混凝土溫度升降約1℃，用水量每增加1%，干縮率可增大2%～3%。

大量的實踐證明，使用外加劑能較好好控制混凝土裂縫，尤其是溫度造成的裂縫的重要措施之一。如采用膨脹劑，可使混凝土內部產生膨脹應力，減緩混凝土硬化產生的部分收縮應力，提高其抗裂強度

先按標準配比試驗，再進行水化熱、泌水率和可泵性等技術參數的測試，確保配制的混凝土優質高效，降低或減少混凝土裂縫的現象發生。

2.2 混凝土溫度——控制水化熱

要選用低水化熱水泥來配制混凝土；必要時在混凝土內部預埋冷卻水管，并用冷卻水進行循環保溫，強制控制混凝土的水化熱溫度。也可適當設置后澆縫，減少混凝土的外應力，利于混凝土的散熱，從而降低其內部溫度，達到防止水化熱和變形的目的。

公路橋梁混凝土的澆筑要選擇適合的溫度,盡量不在炎熱的天氣中施工澆筑，可采用低溫水或冰水等進行攪拌，必要時對混凝土的骨料冷水噴灑。

在澆筑混凝土后，必須做好混凝土的保溫保濕養護工作，采取徐變特性，讓其徐徐降溫，從而降低溫度應力。此外，有條件的實行信息化溫控監測，及時監測與調控混凝土內溫變化，使混凝土內外溫差保持在25℃以內，基底與基面溫差也要保持在20℃以內，并做好調整及預防措施，使混凝土溫度和濕度都在適宜的范圍內，達到有效控制裂縫的出現。

2.3 混凝土攪拌——保證質量

插入式振搗棒應與混凝土表面成垂直狀態，或者與混凝土表面成40°～45°方向，振搗插點排列要均勻，采取行列式或交錯式勻速移動，但二者不可混用；操作時要依據“快插慢拔”方式進行，每次移動距離小于振搗棒作用面半徑的1.5倍，插入厚度為50 mm～100mm，促進整體形成。每點振動時間約為20～30秒，直至該處混凝土表面呈現水平、有浮漿出現且氣泡消失時再移動，作業時禁止振動棒與鋼筋模板等相觸碰。

混凝土自由傾落高度應低于2m，當過高時，可采用斜槽、串筒、振動溜管等進行下落。注意：串筒的最后一節要垂直，間距小于3m；斜槽的坡度要小于60°，并于出口處設立垂直擋土板，避免離析現象。

平板式振動器按劃分的若干排依次振動前進，并要使平板覆蓋已振動好的混凝土邊緣30mm～50mm。振動表面傾斜的混凝土，由低處向高處移動。每一振搗位置的延續時間一般約為25～40秒。對鋼筋密集處，可采用片式、針式振動器，或者輔以人工振搗。

2.4 裂縫修補——方法要適當

表面修補法比較簡單、常見，主要是在表面涂抹或表面貼面。這種方法主要用于修補穩定的寬度細淺（小于0.3mm）的裂縫。先用水沖洗裂縫，用涂刷水泥凈漿清洗干凈，干燥后再用環氧樹脂、瀝青、油漆等進行涂刷；當表面裂縫較多時，可用壓力水清洗，用1：1.5的水泥砂漿抹平，干燥后用環氧樹脂水泥涂抹2mm～3mm厚。對于迎水面的裂縫，先把表面刷洗干凈并干燥后，用環氧樹脂玻璃等粘貼2～3層，封閉裂縫。

填充法也稱嵌縫法，主要適用于修補水平面大于0.3mm的裂縫，可用不同粘度的樹脂直接填入縫內。結構加固法是一種在結構外部或裂縫四周澆鑄鋼筋混凝土的方法，主要針對結構整體性、承載能力有較大影響貫穿性裂縫加固。

電化學防腐是“利用施加電場在介質中的電化學作用，改變混凝土中的離子分布狀態，將鋼筋周圍的PH值提高，達到鋼筋防腐的目的”。它是一種新型的裂縫處理方法，有著廣泛的發展前景。在混凝土中加入某些特殊物質，使其內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統，一旦出現裂縫，混凝土便自動分泌液芯纖維，可使裂縫重新愈合。

3 結語

公路橋梁混凝土結構裂縫由多種因素造成或引發。這些裂縫產生的成因主要有：混凝土本身的原因；手忙腳亂材料的原因；結構與設計方面的原因；施工養護方面原因；環境氛方面的原因等。因此，要根據裂縫的具體特征與引發的成因，考慮相應的預防及處理措施。當然，混凝土除了有效控制外，還要及時對出現的裂縫進行修補，平時更做好養護工作。

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