淺析橋梁工程混凝土裂縫控制及修補技術

錢小梅

【摘 要】本文結合施工實踐經歷，對橋梁工程中混凝土裂縫的根源進行分析，提出了預防及處治的綜合對策，介紹了合適的修補方案，對確保結構物施工質量與安全，延長其使用壽命具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】橋梁；混凝土；裂縫；成因；控制；修補

1 混凝土裂縫產生的原因

1.1 溫、濕度變化影響

橋梁工程中混凝土的裂縫是一種常見病與易發病，且大多發生于施工階段，其原因較復雜，造成裂縫的主要原因是溫度和濕度的變化。

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，受到結構基礎或周邊約束影響，使混凝土內部出現拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。在施工完成后，后期的養護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也易導致裂縫的產生。混凝土自身是一種脆性材料，抗拉強度約是抗壓強度的1/10，短期荷載的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104，長期荷載的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均勻，水灰比不穩定，加上運輸和澆筑過程中的離析現象，使得在同一塊混凝土中其抗拉強度產生不均勻，存在許多抗拉能力很低，易于出現裂縫的部位。因此掌握溫度應力的變化規律對于合理的結構設計和施工尤為重要。

1.2 原材料及配合比影響

配合比設計不當直接影響混凝土的抗拉強度，是造成混凝土開裂的原因之一。配合比不當指水泥用量過高，水灰比大，含砂率不適當，骨料種類不佳，選用外加劑不當等，這幾個因素是互相關聯的。有關實驗資料表明：用水量不變時，水泥用量每增加10%，混凝土收縮增加5%；水泥用量不變時，用水量每增加10%，混凝土強度降低20%，混凝土與鋼筋的粘結力降低10%。

1.3 施工過程及現場養護影響

1）現場澆搗混凝土時，振搗或插入不當，漏振、過振，均會影響混凝土的密實性和均勻性，誘導裂縫的產生。

2）高空澆筑混凝土，風速過大、烈日暴曬等因素都會造成混凝土收縮值大。

3）混凝土澆筑時，現場降溫及保溫措施不到位，引起混凝土內部溫度過高或內外溫差過大，造成混凝土產生溫度裂縫。

4）現場養護措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。

5）模板拆除方法不當或拆模過早，引起拆模裂縫。

總之，導致發生混凝土裂縫的原因十分復雜，既有其必然性（混凝土自身的物理、化學特性），又有其偶然性（施工過程中的各種條件、因素）。影響混凝土裂縫的因素概括起來可以用6個字表示，即人（與混凝土施工有關的各工序人員）、機（混凝土生產、輸送、入倉、震搗設備、機具）、料（混凝土設計強度、配合比、粗細骨料、摻合料及外加劑）、法（施工工藝、澆筑方案）、環（施工期溫、濕度環境和養護條件）、形（結構形式、斷面尺寸、約束條件）。大量工程實踐表明，即使同批次施工的結構完全相同的不同單元工程，混凝土發生裂縫的情況也不盡相同。因此，現階段還沒有公認的能有效控制各種混凝土裂縫發生的單一工程措施。

2 混凝土裂縫的類型

2.1 干縮裂縫

干縮裂縫通常出現在大約混凝土養護期結束后的14d內。混凝土在硬化過程中易受到外部環境的影響，表面的水分蒸發比較快，所以變形程度比較大，而混凝土內部的濕度相對比較穩定，則不容易產生變形。這就導致了混凝土表面和內部變形的程度不一致。混凝土內部變形制約表面的干縮變形，從而造成很大的拉力，進而造成干縮裂縫。分布于混凝土表面的網狀或平行線狀的干縮裂縫，其寬度大約在0.05～0.2mm之間。干縮裂縫會造成水滲入混凝土中，對內部的鋼筋造成腐蝕，降低混凝土的強度和壽命周期。混凝土干縮裂縫的大小主要受到水灰比、水泥成分、水泥用量、集料性質和用量、外加劑用量等因素的影響。

2.2 溫度裂縫

橋梁工程施工過程中，使用的混凝土體積通常較大，在混凝土內部易積聚大量的水化熱，這些熱量沒有有效的散發，從而導致內部溫度急劇上升。然而與混凝土內部情況剛好相反，表面的熱量散發很快，溫度下降也快，表面溫度較低。混凝土內外溫差大導致不同的熱脹冷縮，會產生一個拉應力。當這個拉應力大于混凝土自身強度時，裂縫就會在混凝土表面或溫差變化劇烈的部位產生，尤其在混凝土施工的末期，此種情況更為明顯。溫度裂縫的走向通常無固定規律，大面積結構裂縫常常表現為縱橫交錯。

2.3 塑性收縮裂縫

混凝土的硬化需要一個比較長的過程，在這個過程中表面水分蒸發較快容易導致塑性收縮裂縫。在環境干燥或大風的氣象環境下，塑性收縮縫出現的概率大大增加。塑性收縮裂縫的長短不一且分布不連貫，裂縫多呈兩端細長且中間較寬的特性。塑性收縮裂縫的長短相差很大，在0.2～3m之間，寬度多在1～5mm的范圍之內。其產生是由以下原因造成的：混凝土在硬化過程中強度很小甚至沒有強度，混凝土表面的水分在受到大風或者高溫的環境影響下，迅速蒸發。由于水分流失過快，混凝土中的毛細管隨之產生較大的負壓，混凝土表面在負壓的作用下迅速收縮，混凝土此時還未完全硬化，其強度不足以抵消自身的收縮，這樣塑性收縮裂縫就產生了。混凝土塑性收縮裂縫的產生主要受到水灰比、混凝土的凝結時間、外界環境溫度、風速、相對濕度等因素的影響。

2.4 沉陷裂縫

橋梁工程由于地基土質不均、松軟或者回填土不實、浸水而產生不均勻沉降，這時就會產生沉陷裂縫。除此之外，模板支撐間距過大、模板剛度不夠等因素也是造成沉陷裂縫的重要因素。這種情況大多發生在冬季施工中，因為模板支撐在凍土層上，隨著天氣轉暖，凍土層融化變軟，而造成不均勻沉降，進而導致混凝土產生沉陷裂縫。貫穿性裂縫以及深進性裂縫最為常見。其走向大多受沉陷實際情況的影響，比較小的裂縫一般與地面垂直，而較大的裂縫往往存在一定的錯位，裂縫寬度與沉降量成正比關系。沉陷裂縫隨著工程地基的沉陷而不斷發展，在地基沉陷停止后，沉陷裂縫也趨于穩定。

3 控制混凝土裂縫的主要對策

3.1 提高混凝土的自身質量是防止裂縫的核心

不管何種原因導致的何種形式的混凝土裂縫，其根本原因都是因為混凝土的拉應力超過了允許拉應力。因此，提高混凝土的自身質量是防止裂縫的核心。首先，要通過試配選取最優配合比設計，達到水泥用量最少、級配最優、和易性最佳的目的；其次，緩凝、早強、利于泵送的外加劑；再次，摻用適量纖維。

3.2 縮小混凝土的內外溫差是控制溫度裂縫的關鍵

根據研究成果和工程實踐，內部降溫，外部蓄熱保溫是縮小內外部溫差的有效途徑。其主要措施可包括：①盡可能降低混凝土的水化熱；②在混凝土內部設置冷卻水管，降低溫升；③控制混凝土的入倉溫度。夏季施工時應對水泥、粗細骨料降溫，必要時加冰水拌和；④不論何種季節，均需對混凝土外部采取切實有效的保溫、保濕措施，盡可能不使混凝土水分散發。

需要注意的是：①冷卻循環水管安裝以后必須試壓，以防接頭部位漏水；②在混凝土澆筑的同時開始通水以控制溫升，而不是溫度已升高后突然降溫；③前期混凝土養護要兼顧保溫與保濕的關系，不能因淋水養護導致外部降溫而加大內外溫差；④降溫正常以后，必須對預埋的冷卻水管壓力灌漿充填密實。

3.3 控制結構變形約束裂縫的主要關鍵是減小約束應力

其主要措施為：①盡可能縮短底板與墩墻的施工時間差；②在可能情況下設計盡量減小墩墻長度。

3.4 控制干縮裂縫的關鍵是澆筑后的管理

主要措施包括：①面層混凝土初凝初期及時二次壓面并立即覆蓋薄膜后再覆蓋草包；②臨空面推遲拆模并保持濕潤；③延長養護期并加強養護；④冬季施工應重視混凝土的保溫養護。

3.5 提高人工操作質量是控制裂縫的根本保證

人們在對混凝土裂縫裂縫成因和控制裂縫措施的研究時，往往注重客觀原因和工程措施的研究，而忽視了人的重要因素。實踐中，有相當一部分混凝土裂縫的發生往往與工人的操作不當或偏差直接有關。比較典型的幾種情況是：①混凝土拌制過程中每盤料的不均勻性（混凝土工程質量驗評時用離差系數判別）；②混凝土入倉漏斗間距偏大，利用混凝土自由流動和震搗器平倉，導致兩漏斗中部混凝土細顆粒明顯偏多、混凝土強度偏低；③混凝土欠震（不是漏震，無明顯蜂窩缺陷），局部形成薄弱環節，巧遇應力偏大處；④混凝土過震，粗骨料下沉，上部混凝土強度偏低；⑤混凝土表面抹壓不及時，操作不規范；⑥拆模偏早，養護不當，或低溫施工混凝土表面早期凍害。因此，混凝土施工中采取各種防裂措施的同時，必須更加注重對操作人員的教育、培訓和落實責任，細化技術交底，以提高人工操作的質量，保證工程質量，往往可以收到事半功倍的效果。

4 修補方案的選擇

加強混凝土工程裂縫治理，不僅要預防，而且還要對現有的裂縫進行有效修補，以免病害蔓延。對于當前橋梁工程施工過程中存在的混凝土裂縫問題，應當及時組織相關人員進行修補，以免病害進一步擴大，進而影響到整個工程的結構安全性及其使用耐久性。對于已有的裂縫，可從以下幾個方面處理：

1）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：

表面修補法：該法適用于縫較窄，用以恢復構件表面美觀和提高耐久性時所采用，常用的是沿混凝土裂縫表面鋪設薄膜材料，一般可用環氧樹脂或樹脂浸漬玻璃布。

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。

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，首先在裂縫處設置注入用管，其他部位用表面處理法封住，使用低粘度環氧樹脂注入材料，用電動泵或手動泵注入修補。

2）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，須經設計驗算同意后方可進行。

5 結束語

混凝土裂縫產生的原因往往是多方面的，在具體設計、施工及后期養護方面，工程施工管理者應多觀察、多比較，出現問題后多分析，結合多種預防措施，綜合處治，混凝土的裂縫就可以得到有效控制，從而保證結構物的使用安全及外觀質量。

【參考文獻】

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[責任編輯：楊玉潔]