橋梁混凝土裂縫處理及控制

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摘要：混凝土在現代橋梁技術的發展中發揮著不可低估的貢獻，然而，在橋梁運營過程中，常見的混凝土裂縫，給橋梁安全及耐久帶來隱憂。盡管在施工過程中，采取各種措施小心防范，裂縫依然難以得到徹底根治，使橋梁建設方頗為頭痛。基于此，結合多年的橋梁施工管理經驗，對混凝土裂縫的成因進行簡要的分析，探討溫度應力下的混凝土裂縫，并從實踐出發對混凝土裂縫的防治措施進行闡述，提出混凝土裂縫的早期防護舉措，使橋梁施工中的混凝土裂縫問題得以改善。

關鍵詞：混凝土的裂縫；成因；溫度應力；防治措施

根據多年現場施工管理經驗，大體積混凝土施工中，溫度應力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因：首先，在施工中混凝土常出現溫度裂縫，影響到結構的整體性和耐久性。其次，在運轉過程中，溫度變化對結構的應力狀態具有顯著的不容忽視的影響。

一、裂縫的原因

在橋梁施工過程中，雖然裂縫不可避免。但依然可以采取相應的措施對裂縫進行控制，使其維持在允許范圍，避免裂縫削弱橋梁結構的耐久性，降低安全性。因此，了解橋梁混凝土裂縫的成因顯得尤為重要。

一般來說，混凝土中產生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結構不合理，原材料不合格（如堿骨料反應），模板變形，基礎不均勻沉降等。混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或以凝固混凝上的約束，又會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。許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化。如養護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也往往導致裂縫。混凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1/10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×10-4，長期加荷時的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×10-4。由于原材料不均勻及運輸和澆筑過程中的離析現象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現裂縫的薄弱部位。

二、溫度應力的分析

（一）溫度應力形成的階段

根據溫度應力的形成過程可分為以下三個階段：

1.早期階段

早期階段指自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30天。這個階段的兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內形成殘余應力。

2.中期階段

中期階段指自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止，這個時期中，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，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。

3.晚期階段

晚期階段指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迭加。

（二）溫度應力形成的原因

根據溫度應力引起的原因可分為兩類：

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。例如，橋梁墩身，結構尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內部溫度高，在表面出現拉應力，在中間出現壓應力。

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。

三、溫度的控制和防止裂縫的措施

為了防止裂縫，減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。

（一）常規的溫度控制與防裂縫措施

1.溫度控制的具體措施

（1）采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量；

（2）拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；

（3）熱天澆筑混凝土時合理安排澆筑時間，避開高溫時段。在寒冷季節采取保溫措施。

2.改善約束條件的措施

合理地分縫分塊；避免基礎過大起伏；合理的安排施工工序，避免過大的高差和長期暴露；此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要，應特別注意避免產生貫穿裂縫，出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的，因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發生為主。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。為保證混凝土工程質量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。

（二）減水防裂劑在防裂縫中的作用

在混凝土澆筑過程中，經常使用減水防裂劑防裂縫，通過實踐總結出其主要作用為：

（1）混凝土中存在大量毛細孔道，水蒸發后毛細管中產生毛細管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力，但會使混凝土強度降低。這個表面張力理論早在六十年代就已被國際上所確認。

（2）水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。

（3）水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補充。

（4）減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形。

（5）提高水泥漿與骨料的粘結力，提高的混凝土抗裂性能。

（6）混凝土在收縮時受到約束產生拉應力，當拉應力大于混凝土抗拉強度時裂縫就會產生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

（7）摻加外加劑可使混凝土密實性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮。

（8）摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當，在有效防止水泥迅速水化放熱基礎上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。

（9）摻外加劑混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，減少水分蒸發，減少干燥收縮。

四、混凝土的早期養護

實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成，寒冷地區的溫度驟降也容易形成裂縫。因此混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。

從溫度應力觀點出發，保溫應達到下述要求：防止混凝土內外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫；防止混凝土超冷，應該盡量設法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩定溫度；防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

混凝土的早期養護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，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。具體施工中要多觀察、多比較，出現問題后多分析、多總結，結合多種預防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。

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