大體積混凝土裂紋的防治與修補

趙劍

福建兆翔機場建設有限公司（361000）

大體積混凝土裂紋的防治與修補

趙劍

福建兆翔機場建設有限公司（361000）

主要分析在大體積混凝土施工過程中產生裂紋的原因及怎樣防治與修補，為以后施工提供借鑒，防止裂紋的再次產生。

大體積混凝土；裂紋；防治；修補

1 工程概況

四川省資陽市沱江特大橋2#主墩墩身為高20.5 m、直徑10 m的圓柱形橋墩。百年水位1 m以上墩身采用C35混凝土，共655 m3。其余墩身采用C35抗侵蝕性（H1）混凝土，共955.5 m3，整個墩身1 610.5 m3，屬于大體積混凝土。

資陽市氣候屬中亞熱帶濕潤季風氣候區，受西南季風氣候和地形影響，四季分明，雨熱同季，冬暖，春早，夏長，秋雨，云霧多，霜雪少。年平均氣溫16.9～18.2℃，日照年平均數為1 000～1 400 h。

2 裂紋的出現

墩身分3次澆筑，第一次澆筑8 m，第二次澆筑8 m，第三次澆筑4.5 m。2011年5月15日，第一節墩身混凝土澆筑完畢后，采取土工布覆蓋、灑水方式進行養護。5月18日拆模，墩身中部出現一條長約1.5 m、寬約0.2 mm的縱向裂紋（如圖1所示）。

圖1 現場墩身裂紋照片

3 裂紋修補

通過觀察監測,出現的混凝土裂紋無發展擴散。經過試驗，混凝土強度滿足要求，決定采取修補措施。措施如下：

1）基層處理。用鋼絲刷清理裂紋表層，擦拭干凈，使裂紋無脫落、浮塵等雜質，嚴禁用水沖洗。

2）確定灌漿口。隔20 cm左右設一個灌漿口，灌漿口設在裂紋較寬、通暢和開叉處。

3）配封縫膠。按甲乙組分以100：（2～5）的重量比配制封縫膠,拌和均勻。封縫膠初凝時間為5 min，現配現用。

4）封閉裂紋。沿裂紋表面涂刮，寬度約為5 cm，留出注漿口。主裂紋和周邊細小裂紋應一并封閉，以防止漿液從細小裂紋中流出。

5）安設底座。在預留灌漿口的位置，用封縫膠黏結底座，保證底座黏結牢固的同時，要保障灌漿口的暢通。

6）配灌漿樹脂。在封縫膠終凝后（約1 h），按甲∶乙組分以4∶1的重量比配制灌漿樹脂，攪拌均勻。

7）安設灌漿器。將配好的灌漿樹脂吸入軟管中,再將軟管安裝于灌漿器內。把灌漿器擰在最端頭的底座上，自下而上進行灌漿。

8）灌漿。松開灌漿器的彈簧卡口，關注灌漿情況，若樹脂不足可繼續補充灌入，直至臨近灌漿口有漿液流出時為止，擰上堵頭，進行下一個灌漿口灌漿。以此類推，直至灌完所有灌漿口。

9）基層復原。待漿液固化后（約1 d），敲掉灌漿底座，用磨光機對封縫膠進行打磨，打磨后的顏色若與現場混凝土顏色有較大差異時，可進行復原處理。

10）復原處理步驟。用毛刷將浮塵清掃干凈→基層上涂刷1遍濕膠（A2膠液：水=1∶1）→刮抹面層。根據試驗結果，配合比：P.O42.5∶白水泥∶A2膠液=4∶6∶2.5(重量比)。

11）養護方式。自然養護。

經過以上處理,混凝土裂紋得到了較好的修補，外觀渾然一體。

4 裂紋原因

1）溫度變化引起的裂紋

混凝土具有熱脹冷縮性質，當外部環境或結構內部溫度發生變化，混凝土將發生變形。若變形遭到約束，則在結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂紋[1]。引起溫度變化主要因素有：

圖2 裂縫原因分析

①日照。橋墩受太陽暴曬后，溫度明顯高于其他部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導致局部拉應力較大，出現裂縫。

②驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表面溫度突然下降，但因內部溫度變化相對較慢而產生溫度梯度。

2）混凝土收縮產生的裂紋

混凝土凝結硬化過程中，由于水泥水化放熱，體積收縮，當混凝土內配有鋼筋或混凝土受到約束時易產生裂紋。產生收縮裂紋的原因有：

①坍落度。混凝土坍落度越大，硬化過程中體積收縮就越大，產生收縮裂紋的可能性就越大。

②水泥用量。配合比水泥用量大、水灰比大，是造成混凝土溫度升高的直接原因。混凝土收縮越大，產生的收縮裂紋越多。

③粗、細骨料含泥量。粗、細骨料中砂越細，含泥量越大，產生的收縮也越大。石子級配不好，影響混凝土強度，也會產生裂縫。

④養護不及時。混凝土收縮裂紋的產生，與養護關系極大。只要養護及時合理，即可阻止或消除裂紋的產生，增強混凝土的強度。

⑤鋼筋保護層厚度預留不合理。鋼筋保護層過厚，鋼筋對混凝土的約束過大，熱脹冷縮不同步，容易產生裂紋；保護層太薄，鋼筋對混凝土的約束作用小，混凝土自身收縮較大，也容易產生裂紋。

3）施工措施不當引起的裂紋

施工過程中由于管理人員考慮不周或操作人員操作不當，也經常使已澆筑的混凝土產生裂紋。原因主要有：

①拆模過早。構件拆模應按施工組織設計及規范要求進行。如操作不當，混凝土強度沒有達到要求即開始拆模，易產生裂紋。

②振搗不當。混凝土澆筑順序不合理，振搗操作不當。振搗上層混凝土時振搗器插入過深，使下層已凝固的混凝土產生裂紋。

③新舊混凝土接縫留置不當。混凝土接縫位置留置不對，在復雜應力作用下易出現裂紋。

④冷卻管布置。冷卻管布置間距太大或不均勻，造成混凝土內部溫度不均勻，誘導裂縫產生。

⑤冷卻水流量。冷卻水流量偏小，冷卻效果差，不利于混凝土內部熱量散失，導致混凝土內部溫度偏高。

5 原因排查

1）溫變裂紋

①日照。由于當地5月日照強度不大。排除。

②驟然降溫：現場未出現此類情況。排除。

2）混凝土收縮產生的裂紋

①水化熱。通過對預埋在墩身里的測溫元件數據分析，混凝土內外溫差最大達到28℃，超過規范規定的20℃。疑似。

②坍落度。經過現場試驗測定，坍落度在160～ 180 mm，符合設計及規范要求，排除；

③水泥用量。混凝土攪拌在攪拌站內進行,由試驗室人員現場值班，水泥嚴格按照配合比添加。排除。

④粗、細骨料含泥量。粗、細骨料均采用水洗。排除。

⑤養護不及時。混凝土澆筑完畢后，立即進行了養護，并制訂了養護方案，指定專人監控。排除。

⑥通過混凝土保護層測定儀對混凝土保護層的探測，混凝土保護層厚度符合設計要求。排除。

3）施工措施不當產生的裂紋。

①拆模過早引起的裂紋。通過對同條件試塊強度的測定，3 d已達到29 MPa。排除。

②振搗不當引起的裂紋。振搗過程中有專人盯控，但仍有可能振搗不當或漏振，疑似。

③新舊混凝土接縫留置不當引起的裂紋。裂紋未出現在承臺與墩身的連接處。排除。

④冷卻管布置間距太大、不均勻，造成混凝土內部溫度不均勻，誘導裂紋產生。疑似。

⑤冷卻水流量偏小，冷卻效果差，不利于混凝土內部熱量散失，導致混凝土內部溫度偏高。疑似。

6 處理措施

1）布設冷卻管降溫

加強冷卻管布置,采用焊接鋼管做冷卻管。冷卻管按4層布置，埋設時自底向上間隔1.5 m、1.5 m、1.5 m、1.5 m布置。冷卻管進出水口都設在墩頂面，采用準10PVC管豎向接出。混凝土澆筑前檢查冷卻管是否暢通或漏水。從混凝土澆筑開始,向冷卻管通水，防止在灌注過程中因冷卻管漏漿而堵賽，設置專人測量溫度,當進水管和出水管溫差不大于20℃時停止通水。使用冰水冷卻降低早期混凝土溫升。

2）加強對振搗作業人員的培訓

混凝土分層澆筑，每層混凝土厚度不超過振動棒的1.25倍。在振搗上一層時，插入下層中5 cm左右，以消除兩層之間的接縫。在振搗上層混凝土時，要在下層混凝土初凝之前進行。振搗棒插點要均勻排列，以免發生漏振。每次移動位置的距離不大于振搗棒作用半徑1.5倍。振搗棒使用時，不緊靠模板振動，盡量避免碰撞鋼筋、預埋件等。每一插點振搗時間以20～30 s為宜，一般以混凝土表面呈水平、出現均勻的水泥漿和不再冒氣泡為止，表示已振實，應停止振搗。

3）現場管理人員加強監控

經過以上措施處理，在第二節墩身及后續的大體積混凝土施工中，未出現過裂紋，證明原因分析正確，采取措施合理。

6 結語

通過對混凝土裂紋產生的原因進行分析，有針對性地采取了預防措施，經過現場實踐，有效地預防了混凝土裂紋的產生,取得了良好的感觀質量，真正做到了內實外美。

[1]楊雅勛.橋梁承臺大體積混凝土施工溫度控制及數值分析[J].四川建筑科學研究,2012,38(5)：333-335.