橋梁施工中的混凝土裂縫成因與防治

蘭洋洋、蘇茜

（1.北京路橋海威園林綠化有限公司，北京 102600；2.北京路橋瑞通養(yǎng)護中心有限公司，北京 102600）

0 引言

橋梁是我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，橋梁工程中混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量將直接決定橋梁的質(zhì)量和使用壽命。在實際應(yīng)用中，很多橋梁會出現(xiàn)不同程度的混凝土裂縫問題，這會影響橋梁的使用安全性和穩(wěn)定性。因此，需要采用科學(xué)規(guī)范的方法加強對混凝土裂縫的防治，有效避免混凝土裂縫問題，從而讓高質(zhì)量的橋梁更好地助力社會的綜合發(fā)展。

1 常見的裂縫類型

1.1 沉陷縫

沉陷縫是橋梁工程中最為常見的裂縫類型之一。主要是混凝土材料應(yīng)力結(jié)構(gòu)分布不均勻，使得結(jié)構(gòu)各部位的荷載懸殊，造成不均勻沉降，進而出現(xiàn)沉陷裂縫。

1.2 干縮縫

干縮縫又稱為收縮縫，該類型裂縫形成的原因是混凝土體積出現(xiàn)變化。在混凝土第一次澆筑后，經(jīng)過一段時間，其內(nèi)部的較多水分會被蒸發(fā)，如果未能及時進行養(yǎng)護，就容易出現(xiàn)較多的干縮裂縫。因此，做好混凝土后期養(yǎng)護，能夠有效防止此類裂縫出現(xiàn)。

1.3 溫度縫

溫度裂縫主要是施工過程中對溫度把控不合理導(dǎo)致的，由于橋梁施工是在露天環(huán)境下進行的，因此混凝土?xí)豢杀苊獾亻L期受到陽光的照射，長此以往，混凝土的表體溫度和內(nèi)部溫度必然會形成較大的差異，這種溫度差異會逐漸形成溫度壓力，對混凝土結(jié)構(gòu)造成明顯的影響，進而產(chǎn)生溫度裂縫。

1.4 應(yīng)力縫

應(yīng)力縫是橋梁結(jié)構(gòu)受力不均勻而產(chǎn)生的裂縫，該類型裂縫的寬度較大，但寬度不受溫度變化影響，縫隙方向與主應(yīng)力方向保持垂直，且縫隙的深度較大。

2 橋梁施工中的混凝土裂縫成因

2.1 設(shè)計問題導(dǎo)致的裂縫

設(shè)計一直都是橋梁施工建設(shè)之重點，如設(shè)計環(huán)節(jié)存在問題極易導(dǎo)致橋梁混凝土裂縫的發(fā)生和出現(xiàn)，嚴(yán)重情況下還可能導(dǎo)致橋梁整體施工質(zhì)量的下降。比如，設(shè)計方案中的精準(zhǔn)度未能與實際情況相匹配，而橋梁施工過程涉及工程量較大，施工周期較長，實際施工過程中工程承受應(yīng)力也相應(yīng)提升，期間還可能因為一些外在因素而對工程設(shè)計產(chǎn)生影響，這都對橋梁精準(zhǔn)度提出更高要求，而設(shè)計環(huán)節(jié)如對此問題未能予以高度重視，則可能導(dǎo)致混凝土裂縫產(chǎn)生，還可能導(dǎo)致橋梁使用壽命的縮減。此外，如橋梁施工過程中未能結(jié)合時代變化采用先進設(shè)計方案，也可能導(dǎo)致橋梁施工過程中混凝土裂縫的產(chǎn)生。

2.2 材料問題導(dǎo)致的裂縫

混凝土是橋梁工程建設(shè)中的主要材料，其質(zhì)量會直接影響工程質(zhì)量。如果混凝土的質(zhì)量存在缺陷，會大大增加混凝土裂縫的出現(xiàn)概率。配合比控制不當(dāng)是較為常見的混凝土質(zhì)量問題，此問題會引發(fā)水化熱現(xiàn)象，使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差過大，進而使混凝土結(jié)構(gòu)在溫度應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂縫。

2.3 外界環(huán)境導(dǎo)致的裂縫

由于橋梁施工處于露天環(huán)境，而外部環(huán)境因素會極大程度地影響橋梁質(zhì)量，如導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。在混凝土施工中，如果外部溫度過高，就會加劇混凝土中水分蒸發(fā)的速度，從而產(chǎn)生干縮裂縫；溫度過高也有礙混凝土水化熱的散發(fā)，在溫度應(yīng)力的作用下，也容易使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。如果外部溫度過低，則會影響混凝土養(yǎng)護效果，特別是在低于零度的氣溫條件下，混凝土極易發(fā)生凍脹，最終因強度不足而產(chǎn)生裂縫。

2.4 鋼筋銹蝕導(dǎo)致的裂縫

鋼筋銹蝕也是造成混凝土裂縫現(xiàn)象的重要因素。如果鋼筋混凝土的保護層厚度不足，就無法對混凝土中的鋼筋形成有效的保護，導(dǎo)致鋼筋與空氣接觸，加速鋼筋的銹蝕速度。鋼筋出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象后，其體積會明顯增大，對周圍的混凝土產(chǎn)生擠壓，從而導(dǎo)致裂縫問題。

3 橋梁施工中混凝土裂縫防治

3.1 優(yōu)化橋梁設(shè)計

要想有效預(yù)防橋梁工程中的混凝土裂縫問題，需要從源頭解決問題，即制定科學(xué)合理的設(shè)計方案，還要不斷完善和優(yōu)化方案。這就需要設(shè)計人員對施工現(xiàn)場進行全面、細致的調(diào)查，并充分考慮各種因素，進而對設(shè)計方案進行合理的優(yōu)化與深化，既要確保設(shè)計方案的可靠性，還要保證設(shè)計方案的可行性。另外，要對結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，確保方案中的各項數(shù)據(jù)精確無誤，讓設(shè)計方案能夠充分指導(dǎo)施工實踐，切實保證橋梁施工質(zhì)量，降低混凝土裂縫病害的發(fā)生率。

3.2 把控材料質(zhì)量

嚴(yán)格把控混凝土材料質(zhì)量，是預(yù)防混凝土裂縫問題的有效措施之一。在具體實踐中，對混凝土拌和料中的各種原材料都要進行嚴(yán)格的質(zhì)量管控。第一，在橋梁工程中應(yīng)盡量不使用早強水泥，因為混凝土的早期強度越大對混凝土的長期性能越不利。第二，要加強對水泥質(zhì)量的把控力度，如果水泥存在過期、受潮等質(zhì)量問題，一律不得使用。第三，不得使用氯化物含量過高的水進行混凝土拌和，否則容易導(dǎo)致鋼筋銹蝕。

首先是線束出現(xiàn)間斷性斷路及短路，或動力電池的相關(guān)傳感器偶發(fā)性故障，導(dǎo)致VCU整車控制電腦接收信息不準(zhǔn)確，以至于發(fā)送錯誤指令到BMS，導(dǎo)致BMS進入電池保護模式，中斷其高壓電的輸出。在高壓電中斷的情況下，12V低壓蓄電池將得不到正常充電，12V蓄電池電壓過低后整車故障警告燈、低壓或高壓電源警告燈會亮起。但經(jīng)檢查，12V蓄電池電壓并不低，各低壓線束、信號線間的插頭無松動或斷路，傳感器檢測均屬正常。

3.3 監(jiān)控外界環(huán)境

嚴(yán)格把控施工過程，是保證混凝土施工質(zhì)量、預(yù)防混凝土裂縫中的關(guān)鍵。在混凝土施工過程中，要對混凝土材料的各項參數(shù)進行嚴(yán)格、精確的把控，按照實際的施工要求合理確定混凝土材料的配合比。同時，在施工過程中要關(guān)注水化熱問題，及時做好振搗施工，這樣不僅能提高混凝土散熱效果，防止形成過大內(nèi)外溫差，也能有效提高混凝土的密實度。另外，要做好施工隊伍管理工作，加強對施工人員的培訓(xùn)與監(jiān)督，確保施工操作標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，最大限度地規(guī)避混凝土裂縫問題。

3.4 防止鋼筋銹蝕

第一，為防止鋼筋銹蝕，需要在混凝土施工過程中保證混凝土的密實度，防止腐蝕性介質(zhì)從孔隙中進入混凝土內(nèi)部。

第二，在鋼筋構(gòu)件表面涂抹瀝青漆、過氧乙烯漆、環(huán)氧樹脂涂料等，對鋼筋進行有效防護。

第三，澆筑混凝土?xí)r，需嚴(yán)格控制氯鹽用量，且預(yù)應(yīng)力、薄壁、露天結(jié)構(gòu)等處禁止使用氯鹽，以達到更好地防止鋼筋銹蝕的目的。

第四，在鋼筋表面涂刷有機層和鍍鋅，之后再進行混凝土澆筑，可達到較好的防鋼筋銹蝕目的。

第五，在混凝土施工結(jié)束后，充分做好后期養(yǎng)護工作，這樣可有效避免鋼筋銹蝕，從而避免混凝土出現(xiàn)裂縫。

4 結(jié)合案例分析橋梁施工中混凝土裂縫防治

4.1 工程概述

某橋梁工程于2020年12月開工建設(shè)。按照前期設(shè)計方案，主橋結(jié)構(gòu)采用3m×13m 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁設(shè)計，寬度為29.0m，采用灌注樁基礎(chǔ)和柱式墩。結(jié)合當(dāng)?shù)仄渌こ探?jīng)驗，該工程注重對混凝土裂縫問題的防治，但施工過程中亦出現(xiàn)了一些問題。

4.2 工程施工中混凝土裂縫成因

4.2.1 材料質(zhì)量方面的原因

水泥質(zhì)量直接決定混凝土的強度。在橋梁施工中，除了要嚴(yán)格檢查水泥標(biāo)號，還要密切關(guān)注水泥體積的安定性。而水泥體積的安定性主要由熟料中的游離氧化鈣、游離氧化鎂等成分的含量決定。如果這些成分的含量過高，水泥就容易出現(xiàn)不均勻的體積變化和結(jié)構(gòu)膨脹性裂縫，從而嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，甚至引發(fā)工程安全事故。因此，必須加強對混凝土原材料的質(zhì)量管控。

砂原料中包含砂粉、黏土、云母、淤泥等多物質(zhì)，這些物質(zhì)極易導(dǎo)致砂原料渾濁，與水泥材料黏合過程中出現(xiàn)黏合不佳的情況，這也會導(dǎo)致混凝土強度變?nèi)酰坏┗炷翑嚢柽^程中用水量控制不佳，則容易導(dǎo)致混凝土收縮，抗?jié)B性下降問題發(fā)生。在拌和作業(yè)中，還需要嚴(yán)格把控粒徑和顆粒級配問題。如果砂粒徑過大，混合料的和易性就難以控制，進而嚴(yán)重影響振搗成型效果；如果砂粒徑過小，則會增大混凝土混合料拌和過程中的用水量，進而導(dǎo)致混合料的強度較差。因此，如果砂粒徑較大，應(yīng)添加適量的中砂和細砂進行中和，降低材料的孔隙率、總表面積，減少水泥漿的用量等，有效增強混凝土結(jié)構(gòu)的強度和密實度。碎石級配也與混凝土質(zhì)量和水泥用量有直接關(guān)系。如果針片狀顆粒過多，混凝土強度就會較低，這樣混凝土在受力較大的情況下便容易產(chǎn)生裂縫。因此，應(yīng)當(dāng)選用強度高、棱角多、表面粗糙的碎石，提高碎石與水泥材料的黏結(jié)效果。同時，梁板澆筑中還需要做好粒徑和碎石級配指標(biāo)的吻合，不同碎石級配會對水泥用量和混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量產(chǎn)生影響，施工過程中盡量選擇強度高、棱角多、表面粗糙的碎石，做好梁板構(gòu)件澆筑質(zhì)量的把控。

4.2.2 施工工藝方面的原因

混凝土澆筑作業(yè)質(zhì)量直接影響整個混凝土施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量。該工程在施工過程中存在混凝土拌和作業(yè)規(guī)范性不足的情況，如施工人員在混合料中加拌和用水，這會導(dǎo)致混合料的水灰比例增大、混凝土內(nèi)部孔隙增多，容易導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。該工程在模板安裝施工中選用鋼管支頂施工工藝，分布筋在其中主要起到連接骨架、固定位置、承受熱脹冷縮應(yīng)力變化的作用。在該工程的模板安裝施工中，由于施工人員對布筋的認識不足，使得水平支撐和剪力支撐有所不足，支撐效果差強人意，分布筋施工中存在一定的偏差產(chǎn)生，如支座負筋部位的布筋數(shù)量較少，布筋長度不足等問題。上述種種問題容易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的外轉(zhuǎn)角部位出現(xiàn)裂縫。

4.3 工程施工中混凝土裂縫防治

4.3.1 原材料方面

為有效防治混凝土裂縫問題，需要對水泥材料的質(zhì)、性能進行嚴(yán)格規(guī)范的控制。主要是對水泥的細度、SO、燒失量、物料配比、石膏摻量、凝結(jié)時間、安定性及強度等指標(biāo)進行嚴(yán)格把控。

第一，物料配比。為更好進行混凝土施工，防止裂縫產(chǎn)生，需要明晰各混凝土材料，并詳細了解混凝土成分差異，依照熟料強度、化學(xué)成分、混合料活性、石膏性能等指標(biāo)數(shù)據(jù)確定混凝土材料配比。

第二，水泥細度。在橋梁工程施工中，需要做好對混合料質(zhì)量、配比穩(wěn)定性的把控。水泥的粉磨細度越細，其表面積就會越大，拌和過程中水泥材料與水的接觸面積也就越大，能夠有效提升水泥水化、凝結(jié)和硬化的速度和效果。在水泥的生產(chǎn)制作過程中，熟料內(nèi)的游離氧化鈣含量越高則水泥的細度越大，其中的游離氧化鈣的消解速度就會越快，便不會對混凝土的安定性造成較大影響。

第三，出磨水泥中的SO含量可以準(zhǔn)確體現(xiàn)出水泥磨制中的石膏使用量，石膏在水泥凝結(jié)時間調(diào)節(jié)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，在水泥水化反應(yīng)中會生成水化硫鋁酸鈣膠體，這種物質(zhì)成分會抑制水泥的進一步水化反應(yīng)。因此，若是水泥磨制中石膏的使用量較少，就無法抵消水化鋁酸鈣所引起的快凝現(xiàn)象，會導(dǎo)致水泥快速凝結(jié)；如果石膏的使用量過多，水泥硬化后過量的石膏還會繼續(xù)與已固化的水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致水泥結(jié)構(gòu)體積變大，甚至開裂。另外，要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將混凝土粗骨料的最大顆粒尺寸控制在結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4 以內(nèi)，且要小于鋼筋最小凈距的3/4。

4.3.2 施工方面

在施工操作環(huán)節(jié)，主要從模板的制作與安裝、完善混凝土配比等方面做好混凝土裂縫防治工作。第一，模板的制作與安裝。模板成品在剛度、強度和穩(wěn)定性方面必須達標(biāo)。在工程建設(shè)實踐中，必須對模板的質(zhì)量、性能進行科學(xué)認真的檢查，確保模板的質(zhì)量滿足施工要求。另外，在拆模后，對大跨度梁板構(gòu)件上部繼續(xù)施工前，應(yīng)當(dāng)在梁板底部增設(shè)若干附帶墊板的支頂撐。第二，完善混凝土配合比。在配合比的設(shè)計方面，應(yīng)當(dāng)充分考慮工地砂、石等材料的含水率，立足工程實際進行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。另外，為了防止混凝土在運輸過程中出現(xiàn)和易性變差、坍塌度損失較大等問題，需要混凝土混合料以1∶1 比例加入水泥漿液，以達到混合料穩(wěn)定的效果。

5 結(jié)語

綜上所述，橋梁是我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其質(zhì)量直接關(guān)系著的出行安全和社會經(jīng)濟發(fā)展。混凝土裂縫是橋梁工程中較為常見的質(zhì)量問題，只有對該問題進行有效的防治，才能保證橋梁的使用安全性及使用壽命，從而更好地服務(wù)社會發(fā)展。