道路橋梁建設(shè)中混凝土裂縫控制研究

劉際源

（中化學(xué)交通建設(shè)集團第三工程公司，濟南 276000）

1 引言

混凝土施工在道路橋梁建設(shè)過程中占有較大的比例，容易受到多方影響出現(xiàn)裂縫問題，因此，國內(nèi)外學(xué)者以及從業(yè)人員對于混凝土裂縫控制的研究從未停止，極大地推動了道路橋梁建設(shè)工程的發(fā)展。此次研究著重從前期控制以及早期溫度效應(yīng)方面展開深入研究和探討，具有一定創(chuàng)新價值，并且在理論和實踐方面具有參考意義，能夠為道路橋梁混凝土裂縫控制理論研究提供案例支持，同時可以為類似項目提供實踐參考。

2 道路橋梁建設(shè)中混凝土裂縫成因分析

2.1 收縮裂縫

收縮裂縫是混凝土施工過程中的常見裂縫類型之一（見圖1），主要包括塑性裂縫以及干縮裂縫兩種。其中，塑性裂縫指的是混凝土澆筑之后，水化反應(yīng)放熱，導(dǎo)致水分蒸發(fā)，出現(xiàn)失水收縮情況，同時混凝土硬化前，骨料下沉，若遇到結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋，就會在混凝土失水情況下，沿著鋼筋方向形成裂縫。干縮裂縫主要指的是混凝土硬化過程中，當(dāng)表面失水與內(nèi)部失水速度存在一定差異，就會引發(fā)結(jié)構(gòu)內(nèi)部不均勻收縮，進而形成收縮裂縫。此外，在混凝土硬化之后，由于失水，整體體積會有所下降，在配筋率較高的情況下，鋼筋結(jié)構(gòu)會影響混凝土正常收縮，進而產(chǎn)生裂縫。因此，影響此類裂縫的因素主要包括水泥材質(zhì)、骨料粒徑、水灰比等[1]。

圖1 混凝土開裂

2.2 溫度裂縫

混凝土澆筑的最佳溫度在10～15 ℃，而南方夏季氣溫較高，若混凝土原料溫度較高，或者在運輸過程中出現(xiàn)升溫情況，會影響混凝入模溫度，進而造成假凝，產(chǎn)生裂縫；或者在養(yǎng)護過程中，環(huán)境溫度較高，導(dǎo)致混凝土升溫，也會產(chǎn)生裂縫。因此，在南方夏季施工的過程中，應(yīng)適當(dāng)采取相應(yīng)的降溫、控溫措施。對于北方冬季而言，環(huán)境溫度較低，會導(dǎo)致混凝土入模溫度較低，或者混凝土表面散熱較快，而內(nèi)部由于水化熱反應(yīng)溫度較高，混凝土表面與內(nèi)部形成溫差，進而造成溫度裂縫。因此，應(yīng)結(jié)合實際情況采取相應(yīng)的保溫以及升溫措施。此外，在進行施工的過程中，若混凝土結(jié)構(gòu)局部受到暴曬，導(dǎo)致受熱不均勻而產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，也會引發(fā)溫度裂縫。

2.3 沉降裂縫

沉降裂縫主要是混凝土結(jié)構(gòu)在縱向上沉降不均勻或者出現(xiàn)水平位移而引起的。當(dāng)結(jié)構(gòu)應(yīng)力超過結(jié)構(gòu)自身抗拉強度時，會導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)不均勻沉降，進而引發(fā)沉降裂縫。沉降裂縫出現(xiàn)的原因主要包括以下及幾個方面：（1）施工前勘察工作不到位，導(dǎo)致地基地質(zhì)變化較大，出現(xiàn)不均勻沉降；（2）橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差異較大，樁基礎(chǔ)的樁徑、樁長不統(tǒng)一，或者標(biāo)高存在較大差異等；（3）橋梁在長期運行之下，受到雨水、滑坡等各種因素影響，導(dǎo)致地基土層發(fā)生變形情況，進而引起不均勻沉降裂縫。

2.4 質(zhì)量裂縫

質(zhì)量裂縫主要是施工質(zhì)量不達標(biāo)引起的。主要原因如下：（1）振搗問題。振搗不充分、不密實，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)蜂窩、麻面等缺陷問題，留下裂縫隱患。（2）澆筑問題。混凝土澆筑過程中速度過快，導(dǎo)致硬化前后出現(xiàn)沉降差異，引發(fā)裂縫。（3）混凝土材料運輸時間過長，導(dǎo)致材料中水分過度蒸發(fā)，影響坍落度，引發(fā)裂縫。（4）為提高混凝土流動性，在混凝土拌和過程中隨意添水或者水泥，影響材料質(zhì)量，增加收縮，進而出現(xiàn)裂縫。（5）混凝土上下層澆筑間隔控制不良，導(dǎo)致上下層混凝土銜接不充分，造成裂縫。（6）模板質(zhì)量問題，導(dǎo)致混凝土澆筑時，模板出現(xiàn)變形，引發(fā)變形裂縫。（7）混凝土強度未達標(biāo)時強行拆除模板，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫[2]。

3 項目概況

以山東某公路橋梁工程項目為例，針對其中混凝土裂縫控制措施展開探討。該公路橋梁工程全長280 m，施工工期較長。橋梁上部結(jié)構(gòu)為后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T 梁，橋臺為擋土式橋臺，基礎(chǔ)部分為鉆孔灌注樁。根據(jù)工程建設(shè)要求，橋涵荷載等級為城市A 級，設(shè)計車速為50 km/h，路面材料為瀝青混凝土。

4 混凝土裂縫控制措施

4.1 控制原材料質(zhì)量

混凝土材料質(zhì)量是影響裂縫產(chǎn)生的主要因素之一。對此，在實際進行道橋建設(shè)的過程中，應(yīng)加強對原材料質(zhì)量的控制。首先，應(yīng)加強對粗骨料的選擇。粗骨料在阻礙混凝土收縮方面有著較好的效果，同時骨料級配也會影響混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強度，因此，為預(yù)防收縮裂縫，應(yīng)結(jié)合實際情況合理選擇粗骨料。其次，合理控制粉煤灰等摻和料的用量。為強化混凝土性能，需要加強對粉煤灰、礦渣粉的選擇，并結(jié)合實際需求適當(dāng)添加纖維，以此增加混凝土的抗拉性能。再次，適當(dāng)加入膨脹劑。通過膨脹劑使混凝土自身壓應(yīng)力和拉應(yīng)力互相抵消，以此提升結(jié)構(gòu)抗裂性能。最后，合理添加減水劑，降低毛細孔表面張力，實現(xiàn)對混凝土收縮變形的控制，強化早期養(yǎng)護。

4.2 配合比優(yōu)化調(diào)整

配合比設(shè)計是影響混凝土質(zhì)量的主要因素。不同配合比的混凝土含水量不同，各種材料的占比也存在一定差異，相應(yīng)水化熱反應(yīng)強度、收縮情況等各不相同，因此，需要在施工前針對配合比展開試驗，以此實現(xiàn)對配合比的合理優(yōu)化。案例項目當(dāng)中，混凝土配合比試驗情況如表1 所示。

表1 混凝土配合比試驗

經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，在齡期7 d 時，兩種混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強度均已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)以往施工經(jīng)驗可知，很多道橋施工過程中，對于抗壓強度的過分追求也可能會導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)，因此，應(yīng)從多個方面綜合考量，在保障坍落度和強度滿足要求的情況下，加強對于水化熱以及收縮方面的關(guān)注，避免過度追求混凝土強度，而造成裂縫問題。

4.3 混凝土溫度控制

混凝土不同入模溫度對于裂縫出現(xiàn)的概率有一定影響，經(jīng)試驗，得到不同入模溫度下，混凝土的峰值拉應(yīng)力情況如表2 所示。由表2 可知，隨著入模溫度的升高，拉應(yīng)力不斷增大，會提高裂縫出現(xiàn)的概率。此外，混凝土入模溫度也不應(yīng)低于5 ℃，溫度過低會使得混凝土停止水化。

表2 不同入模溫度下的峰值應(yīng)力

尤其在冬季施工過程中，外界環(huán)境溫度較低，不僅會導(dǎo)致混凝土材料降溫過快，還會增加混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差，十分容易出現(xiàn)裂縫問題。對此應(yīng)結(jié)合實際情況，采取合理的保溫防護措施，以此降低裂縫出現(xiàn)的概率。相應(yīng)溫度控制應(yīng)從以下兩個方面入手：

一方面，在現(xiàn)場澆筑施工的過程中，進行沸水澆筑，以此實現(xiàn)對水體溫度的有效控制。在此過程中值得注意的是，應(yīng)加強對于水體溫度的關(guān)注，并控制好相應(yīng)加熱閥門，以此避免水溫降低，影響混凝土溫度。

另一方面，做好混凝土運輸過程的保溫措施，由于冬季環(huán)境溫度較低，為避免運輸過程中混凝土溫度下降過快，需要采取以下保溫措施：

1）加強對于混凝土運輸車輛的清理，避免雜質(zhì)使混凝土產(chǎn)生溫度效應(yīng)；

2）合理設(shè)計運輸路線，縮減運輸時間，并保障勻速行駛，減少熱量散失；

3）加強現(xiàn)場管理，避免不必要的等待時間；

4）謹防運輸車漏水，影響混凝土質(zhì)量。

4.4 混凝土澆筑溫度

結(jié)合案例工程實際情況，針對不同環(huán)境溫度下，混凝土結(jié)構(gòu)的開裂情況展開分析。混凝土拉應(yīng)力是反映其自身抗裂性能的主要指標(biāo)，結(jié)合案例工程實際需求，分別對不同日平均氣溫以及溫度變幅之下，混凝土拉應(yīng)力強度進行試驗，共計分為3 組進行試驗，第一組為工況1～工況3，日平均氣溫17 ℃，氣溫日變幅分別為10 ℃、8 ℃、6 ℃；第二組為工況4～工況6，日平均氣溫12 ℃，氣溫日變幅分別為10 ℃、8 ℃、6 ℃；第三組為工況7～工況9，工況條件為日平均氣溫7 ℃，氣溫日變幅分別為10 ℃、8 ℃、6 ℃。試驗結(jié)果如表3 所示。由表3 可知，環(huán)境溫度的降低導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)峰值拉應(yīng)力不斷增大，此外，氣溫日變幅越大，峰值拉應(yīng)力越小，但是變化較小，可忽略不計。因此，在實際進行混凝土澆筑施工時，應(yīng)盡量選擇平均氣溫較高的天氣進行澆筑施工，以此降低混凝土出現(xiàn)裂縫的概率[3]。

表3 不同工況下的峰值拉應(yīng)力情況

5 結(jié)語

綜上所述，在實際進行道橋施工的過程中，為保障混凝土質(zhì)量，降低裂縫出現(xiàn)的概率，應(yīng)先明確混凝土裂縫出現(xiàn)的主要原因，可能是材料質(zhì)量、配比以及環(huán)境和材料溫度導(dǎo)致的，也可能是施工過程控制不到位引起的。對此，在施工時，應(yīng)結(jié)合實際工程特點和情況，合理采取相應(yīng)控制措施。本文以某冬季施工的道橋項目為例，著重針對材料配比以及溫度影響因素進行分析和探討，強調(diào)了對于材料質(zhì)量、配合比的控制，以及對于混凝土入模溫度和澆筑溫度的把控，以此降低混凝土裂縫出現(xiàn)的概率，保障施工質(zhì)量效果。相信隨著人們對實際工況的重視，以及混凝土裂縫的研究，道橋工程中混凝土裂縫出現(xiàn)的現(xiàn)象將會得到良好控制。