石漠戈壁區橋涵工程混凝土產生裂縫的原因及處理措施分析

呂衛東，劉高雷

（中交路橋華北工程有限公司，北京 101149）

混凝土裂縫是一切以混凝土結構為主的建筑工程中最為常見的質量問題。以橋梁工程為例，混凝土裂縫的出現直接會影響工程結構的穩定性與安全性等，甚至會造成嚴重的安全事故。因此，混凝土裂縫的防治已經成為很多工程中最為關注的問題。從混凝土裂縫的產生原因來看，其包含了多種因素，比如結構、設計、氣候因素等。對石漠戈壁區橋涵工程的混凝土裂縫而言，其最為重要的是分析混凝土裂縫產生的原因，進而采取有針對性的解決策略，提高工程質量。

1 石漠戈壁區橋涵工程混凝土產生裂縫的原因

京新高速公路臨白三標位于內蒙古阿拉善區域內，在該區域內，自然條件相對惡劣，尤其是夏季與冬季的氣候條件相對干燥，表現為夏季干燥高溫、冬季寒冷多風的氣候條件，由于在該區域內多石漠戈壁區域，區域內存在較大的溫度變化等，再加上一些施工因素等的影響，混凝土裂縫問題成為該橋涵工程質量問題的重要表現。其混凝土裂縫的原因主要表現在以下方面。

1.1 溫度變化影響劇烈

較大的溫度波動是形成混凝土裂縫的直接原因，主要體現：（1）結構成型的過程中，由于混凝土結構會經歷不同的養護階段，而在這些不同的養護時期，混凝土溫度與外部環境的溫度存在著較大的溫差，比如，在蒸養過程中，混凝土的溫度與濕度都相對較高，而在蒸養結束以后，溫度發生急劇降低的過程，進而使得混凝土出現收縮變形現象。隨后，在成型的過程中，混凝土受到較大的日溫差的影響，最終出現熱脹冷縮變形現象。這些變形現象最終都會導致混凝土裂縫的出現。（2）混凝土的使用過程中，白天與晚上存在著不同的變形趨勢。白天，混凝土溫度呈現從外向內的升溫過程，在此過程中，混凝土溫度的這種變形趨勢極易引發膨脹變形現象，且外部的變形趨勢相對明顯；而夜晚，混凝土溫度呈現出從外向內的降溫過程，此時，混凝土會產生由內向外的收縮變形現象。混凝土結構長期受到這種變形的影響，導致其極易出現裂縫問題，從而使得橋涵工程面臨著較大的質量問題，嚴重影響了工程的正常使用。（3）橋梁墩臺受到溫差影響存在較為嚴重的裂縫現象。在本工程中，西南方向的墩臺面長期在日間受到陽光直射的影響，表面溫度高，晝夜溫差極大，導致在該方向裂縫的發生概率較高。

1.2 干濕變化作用明顯

由于該橋梁工程處于石漠戈壁區，在該區域內，其氣候條件表現為年平均溫度較低、日溫差大、風沙多且干燥。在這種氣候條件下，區域內存在著明顯的干濕變化，這種變化會導致混凝土存在著各種變形問題，一旦在變形的過程中受到某種約束力的影響，就會形成混凝土裂縫。主要表現：（1）濕熱蒸氣養護的過程中，混凝土的濕度高達90%以上，而在養護結束以后，受到環境因素等的影響，其濕度大大降低，達到了30%左右，在濕度的降低過程中，混凝土發生由外向內的干燥收縮現象。（2）在混凝土的使用過程中，白天混凝土受到陽光直射等的影響，導致其中的水分逐步被蒸發，在此過程中，相對濕度逐步降低，混凝土表面出現干燥收縮現象。而在夜晚隨著溫度的降低，混凝土內的水蒸氣逐步產生冷凝，進而增大了混凝土表面的濕度，表層混凝土發生吸水現象，此時，一部分收縮可以被恢復，而大部分由于凝膠體失水所引發的收縮現象難以被恢復。（3）如果存在風力、風速較大的情況，混凝土水分的蒸發較快，也就會引發劇烈的干燥收縮現象。在受風力作用較強的混凝土面，會出現嚴重的裂縫。

1.3 自干燥收縮較大

在混凝土蒸養結束以后，依舊存在著嚴重的水化現象，在此過程中，由于高強高性能混凝土相對致密，使得混凝土內部無法及時從外部吸收水分，再加上水化作用的影響，導致混凝土內部存在的水分大大降低，這種情況下，極易出現干燥收縮變形現象，出現混凝土裂縫。

1.4 水泥用量偏大

在施工過程中，為了提高橋梁工程的耐久性，往往會在混凝土的配比過程中加大水泥的使用量，而水泥的增加必然會導致嚴重的水化熱反應，導致混凝土存在較大的內外溫差，進而極易引發混凝土裂縫的出現。如果混凝土配合比設計的過程中，水泥的使用量過多，就會導致后期混凝土存在嚴重的水化熱反應，水泥水化熱反應過程中會產生大量的熱量，這些熱量聚集在混凝土內部無法及時散發，而混凝土外部溫度的下降極快，這種極大的內外部溫差也就加大了混凝土裂縫出現的概率。

2 裂縫處理措施

2.1 橋涵工程混凝土設計

從橋涵工程混凝土的設計來看，有關的工程標準中明確規定了其在混凝土的設計中需要考慮的因素，比如，在石漠戈壁區，橋涵工程混凝土設計過程中，應該將重點放在較大溫差對溫度應力的影響上。因此，在實際的施工過程中，結構計算溫差取值的過程中，要根據工程區域內的實際情況，做好相應的溫度場測試，根據測試結果，獲得最為可靠的數據。此外，混凝土設計中還需要考慮同緯度區域內的相關設計規定。近年來，為實現我國經濟社會的穩步發展，國家積極實施了西部大開發戰略，由于西北地區分布著大范圍的石漠戈壁，在這些區域內，興建了大量的基礎設施，因此，有關工程部門要總結在該區域內工程施工中的溫度場問題，進而對石漠戈壁區域內的混凝土設計等做出更為明確的規定，為工程建設提供重要的指導。在溫度存在較大波動的區域內，施工過程中要加強對鋼筋的布置，以實現對裂縫的控制。

2.2 優選科學、合理的配合比和添加劑

混凝土配合比設計的優化在一定程度上可以減少裂縫的出現。比如，在粗細骨料的選擇上，要保證其砂率等符合要求；在工程耐久性的基礎上，盡量減少混凝土中水泥的用量，并優先選擇穩定性較強、水化熱反應較小的水泥，以降低混凝土水泥水化熱產生的不利影響。此外，在混凝土配制的過程中，也可以將適量地使用一些外加劑等，比如高效減水劑、粉煤灰等，這些外加劑的使用在一定程度上可以替代部分水泥的作用，減少水泥的用量，改變水泥混凝土內部的孔結構，進而也就大大減少了混凝土內部的孔隙，提高了混凝土的密度，減少了收縮裂縫的出現。總之，在混凝土配合比設計上，有關人員要做好相應的試驗，保證配合比的最優化，使得混凝土的配合比設計能夠以工程的質量標準為基礎，提高混凝土的質量。

2.3 橋涵工程混凝土施工

橋涵工程混凝土施工的過程中，需要遵守以下的施工要點：（1）如果是在夏季施工，由于石漠戈壁區內的晝夜溫差相對較大，對大體積混凝土、灌注水泥混凝土而言，存在著更為劇烈的水化熱反應，因此，為減小水化熱反應混凝土裂縫的出現，往往需要使用水熱化較低的水泥，比如，礦渣水泥、火山灰水泥等。（2）在水泥澆筑之前，相關人員需要首先要保持模板、底板的濕潤性，隨后再開展澆筑作業。當水泥灌注結束以后，盡量采用帶模養護的方式，如果拆模時間過早，會造成混凝土表面的失水現象，進而出現表面裂縫。（3）在實際的施工過程中，要嚴格加強施工過程的控制，保證配料的正確性。而在水泥混凝土的運輸、振搗等過程中，必須要嚴格遵守相應的施工規范，維持混凝土表面的濕潤性，保持長達兩周以上的養護。（4）加強對新型施工工藝的應用，在條件允許的情況下，對于一些小型構件，往往可以通過二次振搗的方式來提高其密實性、強度等，科學控制振搗時間，可以大大提高水泥混凝土的整體性能，增強其抗裂性與耐久性等。水泥混凝土在初凝前后的再次振動，可以使得其強度提高30%～40%，但其中最為關鍵的是重復振動時間的科學把控，時間過短會導致水泥混凝土性能的提升效果極小，而時間過長會破壞原有的混凝土結構，因此，重復振動對小型水泥混凝土構件的應用效果明顯。

2.4 橋涵工程混凝土養護

混凝土的養護過程中，其需要重視的是養護環節裂縫的控制，一旦養護過程中出現裂縫，要立即采取適當的補救措施，避免裂縫的擴展。此外，當橋涵工程投入使用以后，如果存在結構受力的不均勻、超載等問題，也極易引發裂縫。石漠戈壁區的橋涵工程，混凝土養護過程中應該加強對混凝土內部溫度的控制，并做好相應的灑水養護，保持混凝土表面的濕潤。對石漠戈壁區域內的橋涵工程而言，由于其區域自然環境相對特殊，在橋涵工程項目中，為保障工程的總體質量，更要在混凝土施工后期加強對混凝土的養護管理，及時做好混凝土的保溫、保濕處理等，避免養護管理不到位引發的混凝土質量問題等。此外，在養護過程中，有關的養護管理人員要根據工程的質量要求，對養護時間等加以科學控制，一般其養護施加往往在2周以上，在養護過程中，有關人員要保障養護的規范性，避免養護中不當行為等的出現。

3 結束語

近年來，隨著我國對基礎設施建設的投入增大，石漠戈壁區內的基礎設施逐步完善，尤其是橋涵工程逐步增多。但是，石漠戈壁區的橋涵工程受到各種因素的影響，極易出現混凝土裂縫的質量缺陷。在施工過程中，有關施工人員要結合可能引發裂縫問題的原因，采取必要的控制措施，降低裂縫出現的概率，提高橋涵工程的整體質量。