混凝土裂縫防治技術(shù)在道路橋梁施工中的運用

金智軍

南通路橋工程有限公司 江蘇南通 226000

在混凝土施工期間常出現(xiàn)由混凝土干縮、地基不均勻沉降等問題引發(fā)的裂縫，嚴重影響混凝土結(jié)構(gòu)的各項力學性能。為降低混凝土裂縫問題的發(fā)生概率，需要細致分析裂縫產(chǎn)生原因，制定專項可行的裂縫問題防御對策。

1 道路橋梁工程混凝土裂縫問題原因

1.1 溫度原因

在混凝土澆筑完畢后，水泥會產(chǎn)生水化熱反應，導致混凝土內(nèi)部溫度升高?；炷帘砻婧蛢?nèi)部的溫差較大，受到的熱脹冷縮程度不同，會產(chǎn)生一定的拉應力。在表面的拉應力超過混凝土自身的抗拉強度時，會使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫。

1.2 應力原因

在實際施工期間，混凝土相對濕度會在水泥水化作用的反應下逐步縮減，導致毛細孔內(nèi)的水分不飽和并產(chǎn)生壓力差。壓力差為負值會使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)收縮情況。具備較低水灰比的高強度混凝土為水泥水化熱反應提供的自由水含量較少，在混凝土結(jié)構(gòu)早期發(fā)展期間，水泥的水化反應會不斷消耗混凝土內(nèi)部水分，導致混凝土結(jié)構(gòu)過于干燥并產(chǎn)生原始裂縫。混凝土結(jié)構(gòu)收縮應力主要與混凝土材料水灰比、細摻料活性、水泥細度等存在密切關(guān)聯(lián)。

1.3 水分原因

混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，干縮裂縫通常出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護結(jié)束后的一段時間或混凝土澆筑完畢一周左右。干縮裂縫主要由混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而引起，具有不可逆特征?；炷潦芡獠凯h(huán)境影響較大，表面水分蒸發(fā)速度較快，內(nèi)部濕度變化較小，從而會出現(xiàn)干縮裂縫問題。

干縮裂縫表面呈現(xiàn)平行線或網(wǎng)格狀細裂縫形態(tài)，寬度約為0.05～0.20 mm，在大面積混凝土中部較為常見。干縮裂縫會直接影響混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能、混凝土承載力。干縮裂縫問題的原因與水泥成分、水泥用量、集料性質(zhì)存在密切關(guān)聯(lián)。

1.4 沉降原因

混凝土結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟、壓實度不夠或地基浸水會造成地基不均勻沉降，引發(fā)沉陷裂縫問題。模板剛度不夠、支撐間距過大或支撐底部松動也會導致沉降裂縫。沉降裂縫多為貫穿性裂縫，與地面垂直或呈30°～45°發(fā)展。較大的沉降裂縫常存在一定的錯位，裂縫的寬度與沉降量成正比，即沉降量越大裂縫寬度越寬。

2 混凝土裂縫預防對策

2.1 明確混凝土施工管控重點

通過控制混凝土結(jié)構(gòu)塑性收縮與干燥收縮，增強混凝土結(jié)構(gòu)自身的極限抗拉強度。采用合理措施減少混凝土收縮期間的約束力，不斷優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)配比。加強混凝土施工期間的管控力度，最大限度提升混凝土材料拌和均勻。

2.2 優(yōu)化混凝土配比

在混凝土內(nèi)部適當摻入能夠控制水化熱現(xiàn)象的礦物摻合料。在保障混凝土整體施工質(zhì)量的前提下，減少混凝土凝膠材料的用量。精準計算混凝土結(jié)構(gòu)水膠比、塌落度，使混凝土塑性收縮與長期干縮問題得到緩解。在混凝土材料中適當加入對材料各類性能影響較小的纖維物質(zhì)，增強混凝土自身結(jié)構(gòu)的極限抗拉強度。

2.3 提高混凝土材料的均勻性

提高混凝土材料的均勻性能夠有效控制混凝土裂縫問題發(fā)生概率。在混凝土材料拌合期間，加入適當?shù)膿胶土?，增強混凝土結(jié)構(gòu)自身的保水性能。做好混凝土材料配置與攪拌管控工作，切實提升混凝土結(jié)構(gòu)的韌度與強度。

2.4 做好混凝土養(yǎng)護工作

混凝土養(yǎng)護工作會直接影響混凝土裂縫開裂的控制效果，施工人員需要在原有基礎(chǔ)上加強混凝土結(jié)構(gòu)的早期控制力度，在混凝土表面適當噴涂養(yǎng)護劑。結(jié)合施工現(xiàn)場環(huán)境因素，對混凝土表面進行適當?shù)谋衽c保溫處理，避免混凝土表面與內(nèi)部溫度差異較大。

進行混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護工作時，需要確保混凝土始終處于潮濕狀態(tài)，使水化作用能夠達到最大速度。不同養(yǎng)護與維護手段可以使混凝土結(jié)構(gòu)抗裂能力得到進一步改善，從根本上提升混凝土后期使用期間的力學性能。

2.5 延長混凝土結(jié)構(gòu)拆模時間

在混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，避免周圍溫度較低。在氣溫小于10℃的情況下，對混凝土梁體進行保溫與養(yǎng)護，最大限度降低溫度裂縫的發(fā)生概率。模板本身具備保溫、保濕的養(yǎng)護作用，適當延長混凝土結(jié)構(gòu)拆模時間，避免混凝土內(nèi)部溫度與外部溫度差值較大，增強混凝土結(jié)構(gòu)抗拉強度及抵抗應力。綜合現(xiàn)場施工經(jīng)驗，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)帶模養(yǎng)護5d 后再拆模，梁體結(jié)構(gòu)與外部溫度基本可以保持平衡狀態(tài)，從根本上管控早期裂縫的發(fā)生概率。

2.6 采用合理方式控制外部及內(nèi)部約束力

預制梁施工過程中，在拆模時間約為24～36h 的情況下，需要配合采用釋放基底臺座為約束力的方式，確保梁體結(jié)構(gòu)能夠在正常條件下自由收縮。在基底底座上部鋪設(shè)滑動層可以有效解除外部約束力。

混凝土內(nèi)部約束力主要由水泥漿及鋼筋約束作用產(chǎn)生，需要選擇收縮性較小的混凝土配合比，增強混凝土材料自身的和易性、保水性與整體性?；炷亮后w結(jié)構(gòu)應當振動密實，可以通過配合使用各類振動裝置，增加結(jié)構(gòu)整體的勻質(zhì)密實強度。

3 道路橋梁工程施工中混凝土裂縫防治技術(shù)的應用案例

3.1 道路橋梁工程混凝土施工概況

本文以某地一道路橋梁工程為例，橋梁全長340 m，梁體主要為預應力混凝土變截面連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，箱梁寬度為13.5 m，兩側(cè)翼緣寬度為2.0 m。箱體為三箱四室結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級為C50。

依照設(shè)計要求規(guī)定，梁體結(jié)構(gòu)采用三次澆注，混凝土最大的一次澆筑量應控制在3000m3，澆筑長度應控制在152 m。支架采用全滿堂支架結(jié)構(gòu)，在橋梁預應力施工完成后統(tǒng)一拆除支架?；炷翝仓h(huán)節(jié)采用泵送方式。橋梁箱室設(shè)計底板寬度為2.37 m，混凝土澆筑期間需要著重避免離析問題出現(xiàn)。為了從根本上增強混凝土結(jié)構(gòu)強度與流動性，水泥用量較大，在凝結(jié)期間會釋放大量熱量，導致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂問題。

在改善混凝土性能過程中，為最大限度控制水泥用量，增強混凝土結(jié)構(gòu)的可泵送性，需要在混凝土內(nèi)摻入粉煤灰，導致混凝土結(jié)構(gòu)強度與耐久性下降。

橋梁工程量體全長152 m，在混凝土施工期間出現(xiàn)收縮變形量較大現(xiàn)象。澆筑環(huán)節(jié)已經(jīng)處于深秋，晝夜溫度差異較大，混凝土的伸縮量增大，在未拆模的情況下，混凝土結(jié)構(gòu)極易受模型限制而出現(xiàn)開裂問題。

3.2 混凝土裂縫問題出現(xiàn)原因

（1）混凝土橋梁工程在常規(guī)靜載與動載應力的情況下出現(xiàn)裂縫。這些裂縫主要集中在受拉區(qū)與受剪區(qū)，可以分為直接應力裂縫與次應力裂縫。直接應力裂縫主要是受到外荷載力影響出現(xiàn)的裂縫。如施工期間沒有依照嚴格的施工現(xiàn)場管理規(guī)范堆放施工機械、沒有充分了解連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)受力特征、在橋梁處隨意堆放施工材料以及起吊機械設(shè)備均會造成直接應力裂縫。次應力裂縫主要由外荷載引起的次生應力裂縫。該裂縫產(chǎn)生的原因主要為連續(xù)箱梁施工期間模板拆除時間過早或過晚、預留應力張拉工作槽設(shè)置不合理、僅采用經(jīng)驗方式計算結(jié)構(gòu)受力規(guī)格。長跨預應力連續(xù)橋梁截面內(nèi)力需要截斷鋼束、設(shè)置錨頭，常在錨頭周邊出現(xiàn)裂縫。如果沒有對此裂縫進行及時處理，會嚴重影響橋梁整體荷載力。

（2）混凝土結(jié)構(gòu)具有熱脹冷縮的物理性能。在外部環(huán)境及結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度差異較大的情況下，混凝土結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)變形問題，在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生較大應力。應力超過混凝土本身的抗拉強度會產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫出現(xiàn)原因主要有混凝土凝結(jié)期間的水化熱反應、氣候變化引發(fā)的內(nèi)外溫度差異較大、冬季施工維護不當。

（3）收縮裂縫可以分為塑性收縮裂縫與縮水收縮裂縫。塑性收縮裂縫主要在混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中產(chǎn)生，澆筑4～5h 后，水泥水化熱反應劇烈，形成分子鏈，混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)泌水及水分急劇蒸發(fā)問題。由于混凝土失水情況較為嚴重，骨料下降，混凝土尚未硬化會出現(xiàn)塑性收縮情況?？s水收縮裂縫是在混凝土結(jié)構(gòu)硬結(jié)后，混凝土表面水分逐步蒸發(fā)、濕度進一步降低，實際體積減小產(chǎn)生的裂縫?；炷帘砻嫠謸p失過寬、表面收縮較大、內(nèi)部收縮不均勻，表面收縮力會受到混凝土自身的約束力影響，使混凝土結(jié)構(gòu)表面在無法承受拉力的情況下出現(xiàn)裂縫問題。

3.3 混凝土裂縫專項防治對策

（1）結(jié)合道路橋梁工程實際建設(shè)要求，使用普通硅酸鹽水泥，加入彈模量較高的破碎巖、一級粉煤灰以及高效硫化劑。

（2）加強混凝土施工期間的組織管控力度，針對混凝土施工全過程制定出專項可行的質(zhì)量保障體系。加強施工人員及施工團隊的責任意識，構(gòu)建一支高素質(zhì)施工隊伍。

（3）在鋼筋進場后，將鋼筋放置在鋼筋大棚或下墊上蓋，避免鋼筋受雨水侵蝕影響。嚴格遵照施工要求布設(shè)鋼筋間距，切實增強橋梁混凝土結(jié)構(gòu)性能。

（4）在混凝土強度沒有達到設(shè)計強度的90%時，不可以在橋面上堆放機械設(shè)備及施工材料。在翼緣板懸臂結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級達到100%的情況下，才可以拆除底板支撐模板。

（5）為避免混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)表面干縮裂縫，混凝土澆筑完畢后，頂板混凝土收面時需要進行多次的搓平與抹壓處理，以便有效控制混凝土結(jié)構(gòu)早期收縮裂縫出現(xiàn)。

（6）面對箱室結(jié)構(gòu)模板拆除后的溫度較高的情況，應進行灑水養(yǎng)護。兩側(cè)模板拆除后，需要時用塑料薄膜包裹并進行全面灑水處理。在頂板混凝土凝固后，及時采用土工布或者麻布進行覆蓋，定期灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于7d。

4 結(jié)語

為了從根本上提升道路橋梁工程混凝土結(jié)構(gòu)力學性能，延長道路全生命周期，需要將工作重點放置在找尋裂縫問題發(fā)生原因，制定專項可行裂縫預防方案中，不斷優(yōu)化裂縫防治方案，做好混凝土實際養(yǎng)護工作。