道路橋梁施工中混凝土裂縫成因及控制措施

王 昱

臨沂市公路事業(yè)發(fā)展中心莒南縣中心，山東 臨沂 276000

1 混凝土裂縫概述

混凝土是土木工程的主要材料，不僅具有良好的穩(wěn)固性、彈性、高強度和耐火性，還具有抗輻射性和抗震性，適合用于地震和防爆結(jié)構(gòu)。但是，在混凝土固化過程中，溫度和負荷等外部環(huán)境變化可能對混凝土產(chǎn)生很大影響，并且混凝土的初始應(yīng)力、拉伸應(yīng)力或剪切應(yīng)力會影響其黏結(jié)表面，導致裂縫開始緩慢出現(xiàn)，裂縫一旦擴展，將對項目的整體施工質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。因此，在施工過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)加強對裂縫的有效管理，盡可能減少裂縫的數(shù)量，并提高項目管理的質(zhì)量，避免有害裂縫的產(chǎn)生。

2 道路橋梁施工中混凝土裂縫成因

根據(jù)公路橋梁混凝土裂縫的類型，其成因可大致分為以下幾種類型：

（1）因設(shè)計初期的問題而產(chǎn)生的裂縫。通過對公路橋梁裂縫問題的分析，可以看出，產(chǎn)生裂縫的原因不僅是施工過程中的技術(shù)問題造成的，而且還與公路橋梁的設(shè)計有關(guān)。在設(shè)計過程中出現(xiàn)施工裂縫的原因如下：①在設(shè)計橋梁時，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部壓力設(shè)計不合理，導致道路和橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力不均勻，不平衡的力會損壞結(jié)構(gòu)并導致裂縫。②在設(shè)計和構(gòu)思過程中，未進行充分的現(xiàn)場調(diào)查，未充分了解道路和橋梁施工的周圍環(huán)境和地理位置，缺少真實依據(jù)，導致設(shè)計圖紙的適用性出現(xiàn)問題，最終產(chǎn)生裂縫。③部分設(shè)計者設(shè)計的施工圖紙可操作性不強，在施工過程中施工人員為便于操作會做具體的調(diào)整，從而可能導致在施工過程中產(chǎn)生裂縫。

（2）因溫度變化而產(chǎn)生的裂縫?；炷辆哂袩崤蛎浐褪湛s的特性，當結(jié)構(gòu)的外部環(huán)境或內(nèi)部溫度變化時，混凝土變形，當變形受到限制時，結(jié)構(gòu)中會產(chǎn)生應(yīng)力，混凝土會發(fā)生溫度開裂。與其他裂紋相比，溫度裂紋的主要特征是會隨溫度的變化而膨脹或閉合。在施工階段引起溫度變化的主要因素是水化熱和維護措施。在施工過程中，大體積混凝土澆筑后，水泥水化熱而使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差過大，導致表面開裂。如果通過電加熱將預應(yīng)力部件拉伸，則預應(yīng)力鋼的溫度可能會升高到350℃，甚至導致混凝土部件也容易開裂。

（3）因原材料質(zhì)量產(chǎn)生的裂縫。混凝土主要由水泥、砂、骨料和混合水添加劑組成。若礫石粒徑過小、梯度差、孔隙率大，將增加水泥和混合水的量，影響混凝土的強度，提高混凝土的收縮率，違規(guī)使用超細砂將會帶來更加嚴重的后果。含量高的砂和礫石削弱了水泥與骨料之間的結(jié)合力，并降低了混凝土的強度。砂和礫石的硫化物可以與水泥中的鋁酸三鈣發(fā)生化學反應(yīng)，其體積膨脹2.5倍。

（4）因載荷影響產(chǎn)生的裂紋。①直接應(yīng)力開裂。直接應(yīng)力開裂的原因主要是橋梁設(shè)計階段對結(jié)構(gòu)的計算不合理，且試驗力與實際力不匹配，導致橋梁安全系數(shù)不足。此外，在施工過程中，并未嚴格按照施工設(shè)計圖完成施工，在施工過程中對材料的裝載、運輸和安裝沒有任何限制。②二次應(yīng)力開裂。二次應(yīng)力裂紋是由外部載荷引起的二次應(yīng)力所形成的裂紋，相關(guān)研究表明，在受力構(gòu)件中挖出一個孔后，孔周圍會產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，從而導致混凝土開裂。

3 解決道路橋梁施工混凝土裂縫的主要措施

3.1 全面監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)

在實際的道路橋梁建設(shè)中，必須嚴格檢查混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)標準，以確保這些指標合格。同時，有必要通過檢測獲得混凝土的變形和收縮數(shù)據(jù)，并采取措施消除混凝土裂縫。由于公路橋梁建設(shè)中使用最廣泛的材料是鋼筋混凝土，因此公路和橋梁的施工質(zhì)量與鋼筋混凝土的質(zhì)量密切相關(guān)，必須保證鋼筋混凝土的質(zhì)量，并盡可能滿足路橋施工的要求，避免開裂。另外，如果確實發(fā)生了混凝土裂縫，則相關(guān)的維護人員必須仔細檢查與裂縫有關(guān)的數(shù)據(jù)，分析產(chǎn)生裂縫的原因，然后采取相應(yīng)的維護措施以修復裂縫，最大程度降低潛在的風險，保護人們的生命財產(chǎn)安全。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計措施

（1）增配構(gòu)造筋以提高抗裂性能，配筋應(yīng)采用小直徑、小間距。全截面的配筋率應(yīng)在0.3%～0.5%。

（2）避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中，在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強措施。

（3）在易裂的邊緣部位設(shè)置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。

（4）在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)充分考慮施工時的氣候特征，合理設(shè)置后澆縫，在正常施工條件下，后澆縫間距為20～30m，保留時間一般不小于60d。如不能預測施工時的具體條件，也可臨時根據(jù)具體情況做設(shè)計變更。

3.3 混凝土材料及配合比控制

配合比設(shè)計不當將直接影響混凝土的抗拉強度，是造成混凝土開裂的不可忽視的原因。配合比不當指水泥用量過大、水灰比大、含砂率不適當、骨料種類不佳、選用外加劑不當?shù)?。有關(guān)試驗資料顯示：用水量不變時，水泥用量每增加10%，混凝土收縮增加5%；水泥用量不變時，用水量每增加10%，混凝土強度降低20%，混凝土與鋼筋的黏結(jié)力降低10%。因此，相關(guān)工作人員在選用材料和進行配合比設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點：

（1）減少粗細集料的含泥量，通過試驗對集料顆粒級配進行優(yōu)化設(shè)計，使級配曲線符合規(guī)范要求。

（2）合理選擇骨料粒徑，降低針片狀碎石含量，在滿足強度的條件下，盡量減少混凝土單方用灰量、用水量。

（3）合理混凝土外加劑、摻合料，若選擇不當或摻量不當，則會嚴重加劇混凝土收縮。

（4）合理選擇水泥的品種及等級，水泥等級越高、細度越細、早強越高對混凝土開裂的影響越大。混凝土設(shè)計強度等級越高，混凝土脆性越大、越易開裂。因此，不要過分追求水泥和混凝土等級，在滿足強度等設(shè)計要求的情況下，盡量選用低標號的水泥和混凝土。

3.4 加強溫度變化控制

不合格的混凝土材料會使混凝土開裂。同時，在生產(chǎn)混凝土時，必須攪拌均勻，增強和易性和工作性。為防止混凝土變形和開裂，和易性好可減少開裂的可能性。生產(chǎn)混凝土時，必須將其充分混合并沉降，混合時必須加水，以避免引起溫度過高的情況。這種邊攪拌邊加水的方法可以有效地防止開裂。

3.5 采用科學合理的施工方法

（1）混凝土攪拌。混凝土攪拌過程要求嚴格遵守設(shè)計要求，準確測量原材料，必須攪拌均勻，加強溫度變化控制，增強其和易性，這樣可降低混凝土變形和開裂的可能性?；炷翑嚢柽^程中必須加水進行混合，在攪拌的同時加水不會使溫度過高，這種邊攪拌邊加水的方法可以有效防止混凝土開裂。當混凝土溫度過高時，則應(yīng)采取相應(yīng)的措施來冷卻混凝土以減少開裂，可以通過加冰來降低混凝土出口處的溫度。

（2）混凝土澆筑。混凝土澆筑過程中應(yīng)采用先進的科學振動技術(shù)，有效控制振動時間，確保均勻振動?；炷翝仓?，必須將其平整并壓實，以降低混凝土表面出現(xiàn)裂縫的概率。為了避免夏季溫度過高而導致開裂，應(yīng)在夜間低溫下進行混凝土澆筑。

3.6 加強設(shè)計圖紙審查

在實際施工之前，應(yīng)仔細檢查道路橋梁設(shè)計圖，并根據(jù)現(xiàn)有的施工經(jīng)驗，檢查可能會出現(xiàn)施工裂縫的環(huán)節(jié)，以確保圖紙的有效性，避免因設(shè)計圖而引起問題。道路橋梁圖紙設(shè)計是一項復雜的工程，設(shè)計人員必須與施工單位進行充分的溝通交流，以了解構(gòu)筑物的基本情況，這在設(shè)計圖紙時非常有幫助，可確保后續(xù)施工的順利進行。

3.7 做好后續(xù)維護

道路橋梁完工后的時間稱為裂縫頻率周期，在此階段不能放松，必須嚴格管理和控制后續(xù)的維護工作，此步驟可確保道路橋梁維護工作的質(zhì)量。在維護道路橋梁時，維護人員應(yīng)特別注意外部環(huán)境的濕度和溫度，以防止因外部溫度變化而導致的施工裂縫發(fā)生，對道路橋梁的維護處理引起高度重視，例如當溫度升高時，應(yīng)該覆蓋保濕棉并灑水降溫。

4 結(jié)束語

綜上所述，道路橋梁建設(shè)是一個龐大而復雜的工程，施工過程中的任何細微缺陷都會影響到整個施工過程并可能導致施工裂縫的產(chǎn)生。因此，施工人員應(yīng)通過分析在施工過程中引起裂縫的因素，采取有效措施避免裂縫的產(chǎn)生，確保施工質(zhì)量，如果存在施工裂縫，應(yīng)盡快分析原因并給出相應(yīng)的解決方案，并嚴格按照操作規(guī)程做好后續(xù)工作，修復施工裂縫，保證道路橋梁整體施工質(zhì)量，延長道路橋梁的使用壽命。