淺談橋梁混凝土裂縫的施工控制技術

馬駿 劉紅省

摘 要： 混凝土橋梁在建造和使用過程中，因出現裂縫而影響工程質量。特別是有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學因素的作用下，不斷的生和擴展，引起混凝土碳化、保護層剝落、鋼筋腐蝕，使混凝土的強度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴重時甚至發生垮塌事故，危害結構的正常使用，必須加以控制。我國現行公路、鐵路、建筑、水利等部門設計規范均采用限制構件裂縫寬度的辦法來保障混凝土結構的正常使用。工程實踐證明很多裂縫是可以克服和控制的。本文將分析橋梁混凝土施工裂縫的主要原因和防治措施。

關鍵詞： 橋梁；施工裂縫；控制

裂縫是混凝土結構和水泥制品最常見的病害，正確分析裂縫的成因，是防治和控制裂縫的關鍵。為了進一步加強對混凝土橋梁裂縫的認識，盡量避免工程中出現危害較大的裂縫，現通過對混凝土橋梁裂縫控制進行分析、總結，以方便設計、施工找出控制裂縫的可行辦法，達到防范于未然的程度。

一、橋梁混凝土施工裂縫產生的原因

混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要原因。混凝土橋梁裂縫的種類，就其產生的原因，大致可劃分如下幾種：

1.荷載引起的裂縫

混凝土橋梁在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。實際工程中，次應力裂縫是產生荷載裂縫的最常見原因。次應力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切性質。次應力裂縫也是由荷載引起，僅是按常規一般不計算，但隨著現代計算手段的不斷完善，次應力裂縫也是可以做到合理驗算的。

2.溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質，在結構內易產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。溫度裂縫區別其他裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。

3.收縮引起的裂縫

實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫最常見。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。

4.基礎變形引起的裂縫

由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結構中產生附加應力，超出混凝土結構的抗拉能力，導致結構開裂。

5.鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發生銹蝕反應，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2-4倍，從而對周圍混凝土產生膨脹應力，導致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。

6.凍脹引起的裂縫

氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現冰凍，游離的水轉變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產生膨脹應力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導致裂縫出現。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重，成齡后混凝土強度損失可達30%-50%。冬季施工時對預應力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發生沿管道方向的凍脹裂縫。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發生凍脹破壞的必要條件。

7.施工材料質量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質量不合格，可能導致結構出現裂縫。

8.施工工藝質量引起的裂縫

在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質量低劣，容易產生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫，特別是細長薄壁結構更容易出現。

二、橋梁混凝土施工裂縫的控制技術

混凝土裂縫一般是由于混凝土內部應力和外部荷載以及溫差、干縮等多方面因素作用下形成的。對橋梁結構，一般裂縫寬度超過0.1mm.就會影響結構構件的耐久性、安全性，因而在設計和施工中宜采取可行、合理的措施對裂縫進行有效控制。這主要應把握好以下幾方面內容：

1.優化設計

設計過程中應結合工程所在地的氣候條件合理選擇混凝土的配合比，并在易產生裂縫的部位設置抗拉鋼筋，梁體鋼筋保護層厚度應盡量選用較小值以避免因保護層過大而導致裂縫的產生，并可通過設置伸縮縫、后澆帶等措施將大體積混凝土間化為小塊結構，以實現在降低約束應力的同時將水化熱從時間及空間層面分散，并可實現增加散熱面積以及減小應力集中和裂縫產生的可能性；施工中應盡量采用二次澆筑的方法進行澆筑，并可在二次澆筑時增設鋼筋網或聚丙烯纖維網來增強混凝土的抗拉能力。

2.設置冷卻系統

可在混凝土澆筑前預先鋪設管路，在澆筑并振搗完成后則可在管路內通水冷卻，通水過程中可通過調整管內水流速來控制管路進出口溫差不超過6℃，冷卻后的水不可排放至混凝土頂面，可待整體混凝土澆筑完成后將水排放至混凝土頂面以形成保溫層而進行蓄水養護。養護完成后為了避免中空水管對混凝土強度產生影響而應在其內部進行壓漿，壓漿一般采用真空壓漿并應連續進行，壓漿前應先用空壓機將管道內部水分和雜質清除，所用漿液的水膠比應不超過0.3，并不可產生沁水，并保證水泥漿的最終體積收縮率不超過1%，所用水泥漿應用濾網過濾后方可使用，壓漿效果以管路出口與進口漿液濃度一致時方可終止。

3.混凝土澆筑及溫控

澆筑前應認真分析并采取分塊、分層澆筑，并應嚴格控制澆筑的次序、流向、澆筑厚度和寬度以及澆筑的搭接時間；澆筑后的混凝土應加強振搗，嚴控振搗時間、振搗設備的移動距離和插入深度，以保證振搗密實并避免漏振和過振；應組織足夠的人力、物力以保證施工能順利進行，確保混凝土澆筑不留冷縫，在澆筑后應對混凝土表面的水泥漿進行處理以防止表面龜裂現象；澆筑后的混凝土應采用計算機仿真技術對混凝土施工期溫度場及溫差進行計算機動態預測，并通過提供的溫度分部隨混凝土齡期變化情況來制定混凝土在施工期內不產生溫度裂縫；可通過在混凝土內外設置溫度測點，并設置保溫材料溫度測點及養護水溫度測點，以實現通過數據采集儀來對溫度檢測數據自動采集及整理分析，并將每個測點的溫差值作為研究溫控措施的調整依據以控制混凝土裂縫的產生。

4.加強養護

混凝土養護的目的是實現其保持適宜的溫度和濕度條件，保溫可實現減小混凝土表面的熱擴散和溫度梯度以防止裂縫產生，并可通過延長散熱時間以充分發揮混凝土強度潛力及材料松弛性能，實現混凝土內部產生的拉應力小于混凝土的抗拉強度防止貫穿裂縫的產生；保濕是為了實現在澆筑初期混凝土硬化期間，由于水化速度較快，適宜的濕度可防止表面由于脫水而產生干縮裂縫，并可實現混凝土在保溫及潮濕的條件下保證水化熱的順利進行，并可提高混凝土的極限拉伸和抗拉強度，實現其早期抗拉能力高速增長；同時應嚴控混凝土的拆模時間，避免由于拆模過早使混凝土表面溫度較低而形成溫度梯度，并可產生很大的拉應力，同時由于早期強度低、極限拉伸小的混凝土處于不利的溫度條件下而形成裂縫。

三、結語

綜上所述，雖然橋梁混凝土很容易產生裂縫，但是大量的科學研究以及成功的工程實例都表明：只要我們在設計、施工工藝、材料選擇以及后期的養護過程中能夠充分考慮的各種因素的影響，還是完全可以避免危害結構的裂縫的產生。

參考文獻

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