公路橋梁施工中混凝土裂縫成因與防治措施

葛強、劉洋

（岳陽市交通公路工程建設有限公司，湖南 岳陽 414100）

0 引言

公路橋梁在施工過程中存在混凝土裂縫等質量問題，是長久以來最難處理的病害。公路橋梁工程主要為混凝土結構，無論表面裂縫還是深層裂縫，都會對整體質量造成影響，因此必須采取提前預防的措施，降低混凝土裂縫的發生概率。在施工過程中可以進行全面分析，找到混凝土裂縫的誘發原因，同時制定針對性的防治措施，以此來攻克公路橋梁建設難題。由于混凝土裂縫病害復雜，在防治方面要采用多樣化手段，如原材料控制、技術管理、養護措施等，每個環節都要加強質量把控，從而對混凝土裂縫進行有效預防。

1 公路橋梁施工中混凝土裂縫常見類型

目前在公路橋梁施工中，混凝土裂縫屬于普遍性問題，其中包含多種不同類型的裂縫，每種類型的裂縫形成原因不同，例如表面裂縫大多是受水泥水化熱溫度影響造成，而溫度則成為誘發裂縫的關鍵要素，混凝土結構受到大于自身強度大溫度應力影響，最終形成明顯的表面裂縫。表面裂縫對于混凝土結構的安全穩定性危害較小，在缺少后續作用力的條件下，不會繼續擴大并向著深層發展。內部裂縫大多是澆筑施工引起，深層裂縫則從表面裂縫發展而來，也是危害程度最大的裂縫類型，如果不及時進行處理，將會給公路橋梁工程帶來很大的安全隱患。貫穿裂縫同樣也是較大的病害，甚至會貫穿在大體積混凝土內外部，這種貫穿性的裂縫會降低混凝土的結構性能[1]。

2 公路橋梁施工中混凝土裂縫成因分析

2.1 地基沉降

公路橋梁施工中混凝土裂縫成為普遍問題，此類病害一般由多方面因素造成，其中就包括地基沉降。由于施工前沒能做好加固，導致地基穩定性不足，隨著施工進程逐漸出現地基沉降，產生縱橫向變形、彎曲。其次地基沉降會引發較大的應力，并且明顯高于混凝土結構所承受的應力極限，這種情況下混凝土內部就會面臨較大的剪應力、拉應力，從而形成混凝土裂縫。對于公路橋梁來說地基的處理至關重要，尤其是在軟土地基的條件下，缺少加固處理會引發諸多問題，這也是造成地基沉降的關鍵因素，對于公路橋梁施工會有非常大的危害。

2.2 混凝土收縮變形

公路橋梁混凝土收縮變形大多由澆筑施工引起，由于混凝土澆筑過程中水分會逐漸蒸發，混凝土結構體積出現嚴重變形，引發明顯的裂縫問題。這種現象大多與使用的原材料有關，比如膠凝材料的使用會對施工質量造成顯著影響，導致混凝土結構收縮變形，按照大小分為收縮、膨脹兩種類型。由于澆筑過程中受到材料或其他因素影響，內外部水分蒸發速度存在差異，在內部收縮小于表面收縮速度點條件下，混凝土結構就會出現裂縫，并且約束力越大形成的裂縫越大，其次外界環境濕度低，也會形成明顯的結構裂縫[2]。

2.3 水泥水化熱

混凝土受到膠凝材料產生的水化熱影響，很容易引發結構裂縫，大多數情況下水化熱都是由水泥材料引起，導致混凝土結構內部水化熱聚集無法散發，最終形成復雜的溫度場。混凝土表面散熱速度非常快，所以表面溫度往往相對較低，而內部結構受到水化熱影響溫度較高，最終形成較為顯著的溫度差，隨著溫度應力加大，裂縫逐漸形成。對于該問題必須要從水泥的用量控制入手，改善混凝土結構水化熱反應，降低熱脹冷縮的影響，這樣混凝土內外部拉應力就會隨之降低，兩種應力小于混凝土結構本身的抗拉極限值時，混凝土裂縫將會大大減少。

2.4 溫度變化

在公路橋梁混凝土結構施工中，溫度是必須要嚴格把控的要素，除了材料本身產生的水化熱反應以外，還包括環境溫度變化，也會成為誘發混凝土裂縫的重要條件。由于混凝土結構本身就存在熱脹冷縮的特點，施工中外部溫度不符合需求，并且與內部溫度形成較大的差異，必然會引發嚴重的變形，并在混凝土內部形成拉應力。大多數情況下溫度變化引發的裂縫，往往具備持續性發展的特點，比如會隨著溫度變化繼續擴大，除了水化熱反應以外，大多在養護階段形成，由于養護措施不到位造成裂縫。另外，厚度超過2m 的大體積混凝土，在澆筑施工后很容易出現內部溫度高、外部溫度低的現象，所以在澆筑施工后必須要做好溫度控制，這也是降低混凝土結構裂縫形成的重要方法，以此來保障混凝土內外部溫度均勻[3]。

2.5 原材料質量問題

混凝土其實是由多種材料混合攪拌制成，每種材料的用量都要嚴格控制，若材料本身質量不符合要求，或配比設計存在錯誤，就會導致混凝土材料質量無法達到標準，甚至引發嚴重的結構裂縫。

3 公路橋梁施工中混凝土裂縫的防治措施

3.1 公路橋梁施工設計管理

公路橋梁施工應加強前期設計管理，這也是降低混凝土裂縫問題的重要途徑，如前期做好工程測量，仔細檢查，確保滿足公路橋梁施工條件。如果在設計過程中不夠嚴謹，容易引發混凝土面板附近的裂縫現象，通過加強設計管理，提前采取防治措施，比如在橋面板轉角處增加鋼筋，所有陽角位置都可以使用雙層、雙向鋼筋，以此來形成合力減少裂縫的形成。另外，在公路橋梁中收縮裂縫較為常見，為了規避此類裂縫病害，應采用變形縫設計將公路橋梁進行切分處理，在分成多個小變形單位的條件下，其中的約束力會因此減少，從而降低收縮裂縫現象。除此之外還可以在混凝土材料中加入抗裂劑HEA、UEA，同樣有利于提高混凝土結構的抗拉性，混凝土面板層、橋梁面板層的裂縫會大大減少。通過加強施工設計管理，有利于明確材料、技術的運用，能夠提前對裂縫問題進行預防，及時解決施工中可能存在的不科學、不合理步驟，本著早發現和早調整的原則，減少混凝土裂縫對公路橋梁工程帶來的危害。

3.2 公路橋梁原材料管理

在公路橋梁工程中材料的把控較為關鍵，包括原材料本身的質量。施工前原材料配比同樣至關重要，不合理的材料配比會提高混凝土裂縫的發生概率，所以應提高原材料的使用管理。例如在引進原材料時，必須做好質量檢驗工作，通過質量調查確保其符合標準，嚴格按照要求取樣試驗，認真檢查水泥、鋼筋、碎石料的質量，符合要求的條件下才能引進施工現場。施工前同樣要進行檢測，尤其在雨后或高溫天氣條件下，如碎石、砂的含水量。對原材料的配比進行及時優化，降低混凝土裂縫的發生概率。在原材料的選擇方面，水泥應采用低熱量材料，確保施工過程中能夠降低水熱化反應，避免由溫差造成的混凝土裂縫現象，同時適當使用外加劑，如粉煤灰、UFA 膨脹劑等，充分提高混凝土密實度，適當降低混凝土內部溫度，并且外加劑能夠優化水灰比，增強混凝土的和易性。除此之外，根據公路橋梁工程實際需求，調整骨料的使用，目前來看比較適用于細度模數為2.4～3.0 之間的骨料，注意檢測骨料中的黏土、淤泥、有機質等含量，通過科學合理的配置材料用量，使得混凝土裂縫問題得到充分控制，減少施工中的變形現象。

3.3 公路橋梁施工過程管理

必須加強公路橋梁施工過程管理，嚴格按照施工方案執行操作，這對混凝土裂縫有著較強的預防效果，例如施工澆筑時間、施工縫間距設置等，根據方案中的要求施工，有利于提高公路橋梁工程質量。根據以往的公路橋梁工程進行分析，質量問題大多與作業流程有關，由施工過程引發的混凝土裂縫現象達到75% 以上，加強施工過程管理能有效控制混凝土裂縫，使公路橋梁在使用階段開裂的概率大大降低。在施工中必須明確重點環節與具體操作方法，如鋼筋成型與模板安裝位置，按照質量要求保證準確牢固，注意鋼筋上是否存在污物、氧化鐵皮等，通過清除提高黏結力。另外，要保證混凝土澆筑、振搗的科學性，施工中應加強監督管理，減少不符合要求的操作，針對可能造成裂縫的成因進行控制，包括施工中的溫度變化、振搗時間、澆筑方法等，嚴格控制減少混凝土裂縫的形成。

3.4 公路橋梁施工溫度控制

由于物質本身存在熱脹冷縮的顯著特征，而混凝土結構也會受到熱脹冷縮的影響，所以施工過程中如果溫度差異較大，很容易造成混凝土裂縫的現象。目前來看，溫度變化已經成為引發混凝土裂縫的普遍問題，尤其是大體積混凝土施工，在澆筑完成后受到水熱化影響，內部溫度迅速提高與外部形成較大的溫差，最終造成較為明顯的裂縫現象。除此之外，混凝土凝固速度也會受到氣候影響，在炎熱的天氣下水分蒸發快，公路橋梁混凝土結構表面容易出現裂縫，同時溫度也會引發較大的拉應力，容易形成明顯的裂縫問題。因此溫度變化控制至關重要，例如選擇適當的混凝土澆筑時間，避免在過熱或過冷的天氣下進行施工，澆筑過程中若天氣轉熱，存在太陽暴曬的現象，應停止施工并將已經澆筑好的部分進行防曬處理。另外，原材料也是引發溫差大主要因素，施工過程中可以改變骨料配級，或使用添加劑降低水泥用量，在攪拌過程中利用水冷卻降低澆筑溫度，現階段很多工程會將冷水管埋在混凝土中，以此來起到降溫的效果，減少混凝土裂縫現象。若外部氣溫降低，應及時采取保暖措施，對裸露在外的混凝土進行覆蓋，避免長時間暴露在低溫度環境下。

3.5 公路橋梁混凝土澆筑控制

在公路橋梁施工中混凝土澆筑控制非常關鍵，通過加強澆筑施工管理能夠大大減少結構裂縫，在澆筑時應縮短混凝土材料的運輸時間，并且在運輸過程中持續攪拌，設置保溫層控制入模溫度，可以選擇在溫度較低的條件下進行澆筑施工，并且安裝遮擋設施，避免陽光直接照射，降低模板與鋼筋溫度。現階段大體積混凝土結構，必須采取分層澆筑施工方法，能夠有效增加混凝土結構的散熱面，澆筑過程中確保振搗密實度，嚴格按照要求澆筑，在下層初凝前要及時完成上層澆筑施工。振搗施工應保證均勻性、持續性，充分排除混凝土內部的空氣，同時促進混凝土材料的融合，提高混凝土澆筑密實度有利于減少空鼓現象。

3.6 公路橋梁模板支架質量控制

公路橋梁模板施工分為安裝與拆除兩個部分，無論安裝還是拆卸都要做好質量控制。首先在安裝過程中避免模板出現移動，支架必須具備出色的穩定性，這樣才能減少施工過程中的下沉現象。測模板安裝同樣要防止位移，可以通過設置支撐與內拉桿進行固定處理。安裝結束后嚴格檢查平面位置、頂部標高以及整體穩定性，混凝土澆筑后必須要達到適當強度才能拆除模板。拆除模板和支架時應嚴格按照施工要求開展，若施工設計中沒有明確模板拆除要求，可以根據模板特點、混凝土強度標準進行有序拆除，例如結構抗壓強度＞2.5MPa，可以對非承重側模板進行拆除施工，芯模或預留孔道內模則要在強度足夠時拆除，避免引發坍塌、裂縫等質量問題。模板拆除過程中注意結合氣候環境采取安全防護措施，如低溫、干燥、大風天氣下，注意做好預防避免混凝土表面出現裂縫。

3.7 公路橋梁施工養護管理

在公路橋梁混凝土澆筑結束后，裂縫現象反而進入高發階段，所以施工結束后必須要進行養護處理，這也是混凝土結構施工必須要做好的重要步驟，應根據實際情況采取適當的養護措施。施工人員應按照公路橋梁混凝土結構情況，制定科學合理的養護流程，能夠大幅度降低裂縫現象。養護過程中主要注重溫度與濕度，在溫度條件差異較大的氣候環境下，根據溫差做好降溫和保溫處理，溫度過高時可以通過灑水降溫，若外界環境溫度出現持續降低，為了避免溫差過大可以采取保溫措施。在已經形成裂縫的情況下，施工人員必須及時上報，采取相應的處置措施，對混凝土結構裂縫進行修復、加固。嚴重的情況下必須鑿除裂縫部位重新澆筑，如果只是表面裂縫，直接進行修復即可，灑水時注意控制避免形成積水，定期觀察、檢查，確保不存在任何質量問題。

4 結語

混凝土裂縫作為相對普遍性的建筑病害，會對公路橋梁的主體結構造成負面影響，導致橋梁綜合性能大大降低，在嚴重的情況下還會引發坍塌，釀成無法逆轉的安全事故。由此可見，混凝土裂縫的防治勢在必行。通過分析混凝土裂縫病害特點，采取針對性的防治措施，盡量從源頭上進行控制，保障公路橋梁結構安全穩定。另外，要貫徹主動預防的施工理念，基于設計階段、施工階段等多個環節展開優化，同時加強混凝土原材料的配比、澆筑、養護管理，每道工序都要嚴格按照標準執行，同時根據施工環境隨時調整，有效降低混凝土裂縫的發生概率。