解析道路橋梁混凝土開裂原因及對策

馬軍福

新疆北新四方土木工程試驗(yàn)研究所有限責(zé)任公司 新疆 830000

摘要：建造道路橋梁最主要的材料之一就是混凝土，它具有成本低、抗壓耐壓和不易被自然侵蝕等眾多優(yōu)點(diǎn)。但是在建成道路橋梁和日后的運(yùn)行過程中，混凝土經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂縫問題，不僅影響整個(gè)建筑的美觀，還很可能造成建筑坍塌，威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。其因此，這就要求我國技術(shù)人員要根據(jù)我國當(dāng)下實(shí)際情況，對道路橋梁施工裂縫原因進(jìn)行分析，并采取可行的措施，從而保證道路橋梁的施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：道路橋梁裂縫；形成原因；控制措施

1、公路橋梁施工裂縫的成因

1.1溫度的影響

路橋的施工質(zhì)量由于溫度變化會(huì)產(chǎn)生很大的影響。一般來說，能夠引起溫度變化的因素主要有：一是年溫差。由于我國各個(gè)地區(qū)的溫度都會(huì)隨著季節(jié)交替出現(xiàn)發(fā)生變化，從而使得橋梁產(chǎn)生縱向位移。縱向位移可以通過在橋梁橫斷面設(shè)置拉伸縫隙或者是柔性橋墩進(jìn)行克服，但是，如果將橋梁進(jìn)行固定之后就會(huì)導(dǎo)致橋梁局部受力太大而發(fā)生形變。二是日照強(qiáng)度橋梁主梁、橋墩在經(jīng)高溫照射之后，溫度會(huì)比其他部位要高，從而使溫度呈階梯式分布，在受到橋梁自身材料限制之后會(huì)出現(xiàn)局部應(yīng)力太大現(xiàn)象，最終發(fā)生開裂。三是驟然降溫。由于冷空氣襲擊或者是遭受暴雨，橋梁表面溫度會(huì)驟然降低，但是，由于內(nèi)部溫度下降很慢，從而出現(xiàn)溫度差，最終導(dǎo)致與日照有著同樣機(jī)理的裂縫出現(xiàn)。日照與驟然降溫出現(xiàn)的裂縫是最為常見的橋梁斷裂成因。四是水化熱。當(dāng)大量混凝土在澆注之后，水泥會(huì)出現(xiàn)水化熱，使得基石的內(nèi)外溫度出現(xiàn)差異，從而導(dǎo)致裂縫情況發(fā)生。

1.2荷載因素引起的裂縫

對于公路橋梁而言，通常會(huì)在靜、動(dòng)荷載或者次應(yīng)力因素影響下產(chǎn)生荷載裂縫，其中主要包括了剪切、彎曲及扭曲等幾種形式的裂縫，另外，當(dāng)橋梁受到不同方向的應(yīng)力影響也會(huì)出現(xiàn)裂縫。由于荷載力的不同，因而荷載裂縫也具有不同的特點(diǎn)。（1）次應(yīng)力裂縫。次應(yīng)力裂縫是指在荷載作用下產(chǎn)生次生應(yīng)力而造成的裂縫。在荷載作用下，由于混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)與常規(guī)計(jì)算不符，此時(shí)某些部位會(huì)產(chǎn)生次應(yīng)力，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂；當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)開洞、設(shè)置牛腿或者鑿槽，使用常規(guī)計(jì)算法，很難用準(zhǔn)確圖式進(jìn)行模擬計(jì)算，所以經(jīng)常是根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)來設(shè)置受力鋼筋。對受力構(gòu)件進(jìn)行挖孔，力流產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，并集中在孔洞附近，從而產(chǎn)生很大的集中應(yīng)力，在受力構(gòu)件變形或者混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角處可能會(huì)出現(xiàn)裂縫。在建筑工程中，次應(yīng)力裂縫是一種常見的荷載裂縫。（2）直接應(yīng)力裂縫。直接應(yīng)力裂縫是指在荷載作用下產(chǎn)生的直接應(yīng)力而造成的裂縫。產(chǎn)生這種裂縫的原因是：設(shè)計(jì)不合理，計(jì)算模型不準(zhǔn)確；結(jié)構(gòu)剛度不夠或者設(shè)計(jì)斷面；預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸或安裝不規(guī)范；內(nèi)力和配筋計(jì)算不準(zhǔn)確；施工者不理解設(shè)計(jì)者的意圖，隨意改變結(jié)構(gòu)受力模式。

1.3混凝土收縮導(dǎo)致的裂縫

在混凝土收縮導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)的現(xiàn)象中，最為常見的兩種收縮類型是塑性收縮與縮水收縮。其中塑性收縮是指混凝土在澆注之后大約五小時(shí)會(huì)出現(xiàn)劇烈的水泥水化現(xiàn)象，水分會(huì)快速蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土嚴(yán)重失水而進(jìn)行收縮；縮水收縮是指混凝土在結(jié)硬之后，表面水分逐漸散失，溫度有所降低，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部收縮的現(xiàn)象。由于混凝土表面水分散失快，而內(nèi)部水分散失慢，因此，混凝土在進(jìn)行脫水收縮過程中表面與內(nèi)部收縮速率不一致，從而使得混凝土表面受到過大的拉力，當(dāng)這一拉力超出混凝土自身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)縫隙。此外，在混凝土收縮中，還有自生收縮與炭化收縮，在混凝土中，水泥種類、骨料種類、水灰比、摻雜劑、外界條件等都會(huì)對于混凝土的收縮裂縫產(chǎn)生影響。

1.4施工工藝導(dǎo)致的裂縫

施工過程中，施工的工藝技術(shù)也是造成混凝土出現(xiàn)裂縫的主要原因之一。施工時(shí)，由于施工方法不合理，使得鋼筋出現(xiàn)裂縫，這些裂縫還會(huì)根據(jù)鋼筋的走向繼續(xù)擴(kuò)大。首先，如果在混凝土的攪拌過程中出現(xiàn)了振搗不密實(shí)、不均勻等問題，那么會(huì)在混凝土中出現(xiàn)蜂窩、空洞等現(xiàn)象，為以后出現(xiàn)裂縫埋下了隱患。其次，混凝土的澆筑過程也會(huì)對裂縫的形成產(chǎn)生影響。如果混凝土澆筑過快，混凝土流動(dòng)不夠，水泥硬化后混凝土就不夠密實(shí)，在澆筑結(jié)束后的幾個(gè)小時(shí)就會(huì)出現(xiàn)塑性收縮裂縫。另外，混凝土的養(yǎng)護(hù)十分重要。如果混凝土初期所處的環(huán)境過于干燥，混凝土與大氣的接觸就會(huì)不充分，最終導(dǎo)致不規(guī)則的收縮裂縫。最后，混凝土的運(yùn)輸也會(huì)對混凝土的質(zhì)量產(chǎn)生影響。混凝土一般使用泵進(jìn)行施工，在硬化以前需要保證它具有一定的流動(dòng)性。因此，在混凝土的形成過程中需要保證混凝土流動(dòng)的充分性。

2、道路橋梁施工裂縫防治措施

2.1嚴(yán)格把控混凝土材料

施工材料的選擇是影響混凝土質(zhì)量及使用壽命的關(guān)鍵性因素之一，同時(shí)又是一個(gè)相對可控的因素，要求施工方依據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)與實(shí)際情況合理選擇水泥品種，嚴(yán)格控制骨料用量，盡量減小水灰比，選用性能好的外加劑。通過對溫度裂縫發(fā)生的原因研究得出，混凝土的質(zhì)量以及配比是裂縫發(fā)生的關(guān)鍵因素。在工程建設(shè)中，施工單位為防止產(chǎn)生裂縫，通常都選取收縮性能較低的水泥，在實(shí)際配比中所采用的水泥強(qiáng)度要比混凝土強(qiáng)度高一個(gè)級(jí)別，如要配置C30的混凝土通常采用42.5的水泥進(jìn)行配比。在配比完成澆筑過程后觀察其施工裂縫數(shù)量有很大程度的降低。其次要做好對骨料的選擇，如粗骨料中要嚴(yán)格控制片石、針片石的數(shù)量，細(xì)骨料不能采用海砂及細(xì)砂，并且骨料的含泥量要少才能避免含水量過大，骨料的收縮性能也要小。

2.2對施工環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)的把握

在對道路橋梁進(jìn)行大體積澆筑時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免一次澆筑大量混凝土，要采用多次澆筑的方式。對混凝土的使用量，要根據(jù)工程所需進(jìn)行攪拌，不能攪拌過多或過少，在裝罐車?yán)镆膊荒軐⒒炷亮舸嫣L時(shí)間，防止混凝土凝固等其他問題的出現(xiàn)。在炎熱的夏季施工中，應(yīng)當(dāng)注意對混凝土進(jìn)行降溫，相反，在冬季施工時(shí)要采取有效的保溫措施。在橋梁保護(hù)層混凝土施工時(shí)，要控制平板振動(dòng)器滑行的速度，保持兩端平行滑動(dòng)。另外，還要注意對混凝土路面的保護(hù)，防止車輛對道路橋梁保護(hù)層混凝土進(jìn)行碾壓。

2.3有效的處理施工裂縫

需要采取有效的手段處理裂縫，保障道路橋梁的安全性，首先是表面修補(bǔ)，主要是對于斷裂橋梁的表面進(jìn)行修補(bǔ)工作，通過在表面涂抹一定的材料達(dá)到防止裂縫繼續(xù)擴(kuò)展的目的。這一技術(shù)主要適用于漿材無法灌入的比較細(xì)而淺的縫隙、不漏水的縫隙以及固定的縫隙修補(bǔ)中。其次，灌漿修補(bǔ)法，這種方法適合比較深且已經(jīng)影響道路橋梁的承載力和完整性的裂縫，表面修補(bǔ)已經(jīng)不能夠從根本上改善道路橋梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此需要采用這種方法，灌漿修補(bǔ)法采用的主要修補(bǔ)材料是水泥漿和環(huán)氧聚合物；最后，結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法。混凝土在表面出現(xiàn)裂縫之后，如果沒有進(jìn)行及時(shí)處理就會(huì)降低其自身的耐火性能。對于由火災(zāi)會(huì)產(chǎn)生的比較大的裂縫可以用結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行處理，依次來增強(qiáng)橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

結(jié)束語

對于公路橋梁結(jié)構(gòu)，混凝土施工過程中經(jīng)常會(huì)裂縫問題，當(dāng)公路橋梁出現(xiàn)裂縫問題以后，不僅影響橋體的美觀程度，還會(huì)降低橋體整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，縮短使用壽命，嚴(yán)重情況下，還會(huì)造成嚴(yán)重的坍塌等事故，威脅到人們的行車與生命安全。為了對公路橋梁裂縫進(jìn)行有效控制，需要明確公路橋梁裂縫形成的原因及種類，進(jìn)而采取針對性的措施，對公路橋梁裂縫進(jìn)行控制與處理。

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