道路橋梁施工中混凝土裂縫成因與防治措施

徐明昊、劉素雅

[1.北京市政路橋股份有限公司，北京 100032；2.領天英才(北京)企業顧問有限公司，北京100022]

1 混凝土裂縫成因

1.1 材料原因

如果混凝土原材料質量出現問題，如砂石、水泥等質量不達標，或者配合比不符合要求等，就會導致混凝土出現裂縫。

第一，水泥的水化熱特性，會令混凝土內部生成溫度應力，為避免溫度應力過高，應選擇水化熱較低的水泥，保證水泥穩定性達標。

第二，若骨料中含泥較多，那么在混凝土干燥過程中，網狀裂縫也會逐漸生成。

第三，堿-骨料反應也會導致混凝土裂縫。混凝土中的骨料和砂石會和堿性物質相互反應，產生膠凝物質，后者接觸水分之后體積會增加，進而在混凝土內部形成應力，促進裂縫的形成。

第四，坍落度或水灰比超過設計標準，細砂使用量增加，同樣會促進混凝土裂縫形成[1]。究其原因，水灰比會極大地影響混凝土強度，因此需要對水泥材料等計量偏差進行合理控制。如果細砂中含泥量較高，同樣會加速混凝土收縮，導致混凝土抗拉強度受到影響，進而在塑性收縮的作用下出現裂縫。另外，混凝土的干縮過程，也會加速生成裂縫。

1.2 混凝土變形

通常情況下，混凝土收縮變形和溫度變形等，均會促進裂縫形成。混凝土凝固的同時，內部水分蒸發，體積縮小，進而會因為收縮引發變形，收縮過程會促進混凝土出現拉應力。溫度變形是因為混凝土同樣有熱脹冷縮特性，尤其是當外部氣溫升高之后，混凝土內外溫度不同，則會形成導致干縮變形的拉應力，拉應力超出標準，即會導致混凝土裂縫出現。

1.3 設計原因

第一，施工縫和伸縮縫都是導致混凝土裂縫生成的重要因素。一些設計單位在規定伸縮縫間距時，未能進行合理控制，導致伸縮縫間距取到最大值，甚至有超出最大值的情況。

第二，鋼筋設置。當前一般以正負彎矩配置配筋，分離布置，配筋方式能夠對拉應力起到有效的調節作用。此外，墩柱混凝土中鋼含量普遍不足，鋼筋之間的距離整體較大，同樣會降低板內應力，導致橋梁墩柱裂縫開裂[2]。

1.4 施工原因

施工環節同樣是導致混凝土裂縫生成的重要原因。

第一，商品混凝土坍落度如果超標，或者混凝土超過預期停置時間，都可能影響混凝土性能。混凝土澆筑振搗時如果出現未能合理分離粗細骨料、未能均勻振搗、壓實不達標，或者面層砂漿相對集中等現象，也極容易導致混凝土密實性與均勻性出現不一致的情況。

第二，在施工階段，如果接茬位置延續時間較長，就會導致混凝土凝固，也會因為混凝土自身收縮性的不同而產生裂縫（見圖1）。板厚尺寸若未能嚴格控制，同樣會影響板厚的均勻性。鋼筋與線管若未能有效固定，同樣會增加線管與鋼筋移位變形的概率。

圖1 混凝土裂縫現象

第三，如果模板拼接未能達到嚴絲合縫的標準，如支撐體系不完善、剛度較差、存在漏漿情況、拆模時間過早等，同樣會導致混凝土裂縫的出現。混凝土如果養護時間不達標，或未能采取有效養護措施，同樣會增加混凝土出現裂縫的概率[3]。

2 混凝土裂縫防治措施

2.1 科學選擇原材料

水泥的水化熱特性應當成為選擇的重要標準，如果水泥自身強度較高，應適當減少水泥用量。選擇外加劑時，應以高效減水劑或膨脹劑為主，以促進混凝土膨脹。如果現場利用泵送進行混凝土輸送，由于泵送速度較慢，為避免混凝土過早凝固，應當將緩凝劑加入混凝土中，以復合型外加劑為主。骨料應以中砂或粗砂為主，以3%的標準控制砂中含泥量，級配石的粒徑應介于10～30mm 之間[4]。

2.2 重視工程設計

工程設計文件是開展施工環節的重要依據，因此需要設計人員在前期工程設計文件中，提出各項有效措施，以進一步提升橋梁墩柱強度，避免橋梁墩柱開裂。可以進一步提升橋梁墩柱配筋率與其厚度，考慮到橋梁墩柱通常會產生豎向裂縫，因此可以適當增加橫向鋼筋數量，并對橋梁墩柱形心和重心的位置進行科學調整，保證其重合，避免兩者距離較遠。設計思路應當與上部結構荷載保持協調，避免橋梁沉降時出現傾斜問題。墩柱鋼筋應選擇直徑較小的鋼筋，排布方式以密排為主，以雙向雙層鋼筋為主，將放射筋設置在角落位置，將加強筋設置在預留洞口等處，增強上述薄弱位置的強度[5]。

2.3 科學設計配合比

配合比應減少用水量和水灰比，水泥用量不能輕易增加，通常以不超過0.5 的標準對水灰比進行合理控制。降低水灰比將會對混凝土彈性模量起到有效的提升作用，令混凝土具備更強的抗裂性能。因此，應當在不影響混凝土質量的基礎上，盡量提升砂含量和水泥含量，進一步提升石子用量。配制混凝土時應采用計量儀器，準確計量混凝土量，同時保證攪拌的均勻性。如果混凝土出現離析現象，應重新攪拌均勻后，才能過渡到澆筑環節。混凝土的選擇應以高性能混凝土為主，若應用補償收縮混凝土，可適當加入膨脹劑，促進混凝土的微微膨脹，以抵消之前產生的收縮現象[6]。

2.4 強化施工管理

施工人員的自身技術是影響混凝土施工質量的重要因素。當前，一些進行道路橋梁施工的施工人員，主要群體是農民工，這部分人群施工經驗豐富，但是自身文化水平不足，對于一些施工安全隱患和施工質量的重視程度不足，往往為了趕工期，疏于對工程質量的關注。因此，對于施工單位而言，應當加強對施工人員的安全意識教育，保證每個施工人員能夠依照要求佩戴勞保工具作業，并嚴格依照設計文件要求進行施工。管理人員應當對現場的每道施工工序加強監督，以達到控制施工質量的目的。

2.5 模板施工控制

模板需保證合理構造，避免施工荷載對模板產生的應力導致模板變形，也可以防止對混凝土構件截面尺寸產生影響，從而降低裂縫出現概率。在頂板混凝土達到設計強度的同時，頂板模板的支撐需要保證連續性，且需要在三層以上，避免出現頂板擾度變形，導致混凝土頂板出現結構裂縫。墻體側模板拆除時間應合理控制，不能太早，要等到混凝土硬化之后才能適當輕撬側模，這一時間通常是澆筑混凝土工序完成12h 之后。拆掉模板之后，應當重視對混凝土的養護，將水或養護劑噴在混凝土表面[7]。

2.6 混凝土澆筑質量控制

澆筑之前，應當提前對橋梁各部分的厚度標志線進行標記，在澆筑階段，應當邊澆筑，邊對混凝土標高進行控制，頂端澆筑需要超灌0.5～1m 的距離，避免頂端混凝土強度不足。混凝土需要合理控制下料高度，振搗時需保證均勻性，合理控制力度，待混凝土初凝之后，在初凝和終凝之間的時間段內，對混凝土完成二次收面，覆蓋薄膜的操作應當和收面工序同步進行，從而避免混凝土出現收縮裂縫現象。此外，應強化混凝土養護，適當延長養護時間，可通過薄膜覆蓋混凝土構件。如果施工時間恰逢冬季，則需要在混凝土外表面覆蓋薄膜。澆筑12h 之后，應當每隔一段時間澆水，通常情況下，混凝土養護時間應超過7d，如果混凝土中混入外加劑，則養護時間需延長至14d。應避免在道路橋梁上堆放材料，同時限制材料堆放數量，防止荷載過于集中而產生墩柱裂縫[8]。

3 結構裂縫處理路徑

3.1 小于0.2mm 寬度的裂縫

細微裂縫以表面封閉法為主，如果裂縫寬度較大，應以開槽封閉法為主。具體而言，表面封閉法是用刮刀配置好封閉膏在裂縫表面刮涂，寬度一般為5cm，厚度為2mm。開槽封閉法通常應用于角磨機切開裂縫，完成槽的清理，將封閉膏嵌入其中。具體而言，開槽封閉法需要先用角磨機依照裂縫方向開槽，鑿除松散混凝土，避免影響混凝土表面的堅固性。后續進行基層處理，需要用高壓氣槍充分水掃縫中和表面的浮塵，擦去浮灰，貼好防污膠條，避免影響邊緣的整齊性和美觀性。刮抹配料時，刮抹封閉膏的配比應嚴格依照說明書要求控制，保證攪拌操作的均勻性。攪拌過后應靜置10min，在應用之前需重新進行攪拌。處理之后的裂縫應當加強保護，不能因誤觸而產生破壞，使其保持超過24h 的干燥時間，并保持超過14d 的養護時間。達到強度之后，應當用砂輪機對裂縫位置進行打磨，保證打磨的平整性[9]。

3.2 大于0.2mm 寬度的裂縫

具體而言，應先對裂縫進行觀測，記錄裂縫寬度，并完成裂縫總長度的統計工作。基層處理時，應當將裂縫表面油污和灰塵清除干凈，可以用氣泵對裂縫進行清理，如果是在混凝土抹灰之后，則應當將抹灰層剔掉，露出混凝土表面。施工階段應使裂縫保持干燥，不能用水隨意沖刷裂縫。確定注入口時，相鄰注入口的間距應控制在16～19cm 之間，在注入口上貼好膠帶。注入口位置的選擇，應當以開口通暢、寬縫位置為主。配制封縫膠時，應嚴格依照說明書要求進行，以5min 為標準控制封縫膠的初凝時間，這就要求現場人員不能提前太長時間配制封縫膠，配量也不能太多。封閉裂縫時，應當在裂縫表面涂刮封縫膠，寬度一般在5cm 左右即可，需要提前預留注入口。針對貫通板面裂縫，灌漿應以上方為起始點，遵循自上而下的原則，板面上下的封閉應當同步進行。主裂縫附近如果有裂縫，應同步進行封閉，避免滲出灌漿樹脂。進行底座安設時，應將注入口膠帶揭掉，封緊底座的同時，應當避免注入口出現堵塞現象。配制灌漿樹脂之后，應當依照封閉裂縫，當封縫膠終凝之后，應配制合適配比的樹脂，一般只需要配置0.5L 即可，延長樹脂固化時間[10]。后續應當安設灌漿器，在軟管中注入配制好的灌漿樹脂，在灌漿器中安設軟管。針對立面施工時，應以最低位底座為起始點，灌漿遵循自下而上的原則。

為保證施工人員安全，向上抬頭施工時應戴好防護鏡。灌漿器安設之后，可以進行灌漿操作。松開灌漿器彈簧，記錄注入狀態，若樹脂量不足，可以現場配制并持續注入。當灌滿本段裂縫后，可以拆掉灌漿器。在倒立或豎直施工過程中，應當堵死底座，避免樹脂流出。半小時后，可以在注入口位置點膠，對基層吸收樹脂起到有效的補充作用。灌漿結束之后，應當對灌漿器進行清洗。灌漿結束之后，應用酒精充分浸泡灌漿器，方便后續使用。基層復原應當等到樹脂固化之后進行，此時應將堵頭和底座敲掉，并清除封縫膠。如果有必要，應當用打磨機充分打磨表面封縫膠。

4 結語

綜上所述，混凝土是道路橋梁工程中必不可少的工程材料，如果有裂縫等質量問題，會對工程整體質量產生較大負面影響。總體說來，混凝土裂縫的形成和材料原因、設計原因和施工原因等高度相關，會直接影響道路橋梁的整體強度，進而降低工程質量。防治措施應對癥下藥，從材料配比、混凝土澆筑和模板等的施工管理、優化設計等方面入手，爭取實現道路橋梁工程質量的整體提升。