沿海地區(qū)橋墩裂縫產(chǎn)生的原因與控制措施

郭大志

（香河縣公路管理站，河北 香河 065400）

0 引言

沿海地區(qū)公路橋墩出現(xiàn)裂縫的主要原因是沿海地區(qū)的地表水中富含多種離子，這些離子接觸橋墩后會對混凝土橋墩進行侵蝕，從而導(dǎo)致橋墩裂縫出現(xiàn)。在施工過程中，對于裂縫的出現(xiàn)如果不采取有效的預(yù)防和控制措施，將會直接影響公路橋梁的使用壽命。因此，在沿海地區(qū)氯鹽侵蝕環(huán)境下應(yīng)重視橋墩裂縫現(xiàn)象，明確裂縫出現(xiàn)的原因，并積極采取措施，從而保證公路橋梁的安全性，減少早期病害的出現(xiàn)，延長橋梁使用壽命。

1 沿海地區(qū)橋墩裂縫種類

1.1 混凝土表面龜裂

個別沿海地區(qū)橋墩在拆模數(shù)日后，表面出現(xiàn)小于0.2mm的不規(guī)則裂縫，稱之為龜裂。該種裂縫在橋梁墩身最為常見。裂縫長度不等，深度較淺，裂縫面積大。由于裂縫面積大，易進入雨水，在寒冷地區(qū)使混凝土產(chǎn)生凍融膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致墩身混凝土酥碎、裂縫、剝落，降低混凝土的耐久性。

1.2 縱向貫穿整個墩身的深層裂縫

縱向貫穿整個墩身的深層裂縫常在墩身拆模后1～10d內(nèi)，在橋墩兩側(cè)對稱出現(xiàn)，裂縫寬0.2mm以上，深度在lOcm以上，甚至穿透整個墩身。由于裂縫寬度大，深度深，對橋墩結(jié)構(gòu)安全影響最大?！┏霈F(xiàn)該裂縫，裂縫長度、寬度、深度將會不斷增加，經(jīng)專業(yè)人員驗算不影響整體結(jié)構(gòu)受力后，方可進行修補。如裂縫寬度、深度不斷發(fā)展，已影響到墩身整體結(jié)構(gòu)受力，則應(yīng)及時進行爆破、拆除返工處理。

1.3 沿墩身護面鋼筋出現(xiàn)的縱向、環(huán)向裂縫

該種裂縫只出現(xiàn)在墩身護面鋼筋外側(cè)，縫寬0.2mm以上，長度不等，裂縫深度與鋼筋保護層厚度有關(guān)。該種裂縫形成原因單一，容易控制，在橋梁墩身出現(xiàn)較少。而一旦出現(xiàn)，如不及時進行處理，會造成鋼筋銹蝕，使混凝土與鋼筋失去握裹力，影響鋼筋混凝土的耐久性。

2 沿海地區(qū)橋墩裂縫成因

2.1 鎂鹽及硫酸鹽侵蝕

水泥是公路橋墩的主要原材料之一，其中的氫氧化鈣會與海水中鎂鹽或硫酸鹽反應(yīng)，生成不利于橋墩結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，生成的物質(zhì)主要有以下幾種：①氫氧化鎂，這種物質(zhì)極為松軟，嚴重破壞水泥結(jié)構(gòu)，增加了橋墩出現(xiàn)裂縫的可能性；②鈣礬石，這種物質(zhì)為針狀結(jié)晶體，處于海水中的橋墩內(nèi)部產(chǎn)生這種結(jié)晶會造成混凝土膨脹開裂；③硅酸鎂水化物，這類水化物會與混凝土發(fā)生取代反應(yīng)，影響混凝土的強度，導(dǎo)致混凝土表面裂縫的概率升高。

2.2 微生物腐蝕

海水中含有多種微生物，這些微生物也會引發(fā)橋墩裂縫。海水中腐蝕橋墩的微生物有以下幾種：①海水中的硫桿菌會將含硫元素的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)換為硫酸鹽，最終生成具有強腐蝕性的硫酸；②海水流動與波浪對橋墩的磨損與沖刷會破壞橋墩表面的保護層，使得海水中的微生物容易影響橋墩結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

2.3 鹽類結(jié)晶壓力

由于混凝土結(jié)構(gòu)為非均質(zhì)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部形成的毛細孔在海水環(huán)境中為鹽分結(jié)晶提供了通道。海水含鹽量極高，當(dāng)鹽類在混凝土毛細孔結(jié)晶會向混凝土釋放壓力，嚴重時會造成混凝土開裂甚至從表皮脫落。受混凝土毛細作用影響，海水會沿橋墩向上蔓延，最終蒸發(fā)形成結(jié)晶。除此之外，混凝土振搗不密實，出現(xiàn)孔洞以及混凝土表面不平整也是鹽類在橋墩處結(jié)晶的主要原因，因此施工過程中混凝土振搗不密實、表面平整度不夠也是橋墩裂縫的形成因素。

2.4 鋼筋銹蝕

氯離子對鋼筋的銹蝕影響極大。河北唐山地處沿海地區(qū)，沿線水系豐富，標段內(nèi)所有河流均與海水貫通，一些橋墩長期處于氯離子豐富的海水浸泡中。與此同時，水泥中的氧化鈣與水反應(yīng)會使鋼筋表面形成鈍化膜，氯離子聚集在鈍化膜周圍使附近海水呈酸性，加速鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕使鋼筋的體積增大，包裹在鋼筋外側(cè)的混凝土受到擠壓，最終導(dǎo)致橋墩表面出現(xiàn)裂縫。

2.5 氣候條件

唐山市年均氣溫11℃，年降水量636mm，四季分明。夏季高溫會加速海水對橋墩的腐蝕作用，使鋼筋鈍化反應(yīng)時間縮短，極容易造成橋墩裂縫。某些橋墩長期處于海水中，海水的保溫效果使橋墩所處環(huán)境溫度較高，為各類腐蝕反應(yīng)發(fā)生創(chuàng)造了條件，且反應(yīng)速度較快，導(dǎo)致沿海地區(qū)橋墩受海水腐蝕更加嚴重，出現(xiàn)裂縫的概率也相對較高，尤其在潮汐侵襲磨蝕環(huán)境下，由于反復(fù)干濕的物理作用，混凝土表面結(jié)晶積累加劇，在冬季低溫環(huán)境下混凝土表面易脫皮掉塊，也極易造成橋墩裂縫。

3 橋墩裂縫控制措施

3.1 提高混凝土抗腐蝕能力

混凝土包裹在鋼筋外部，可作為鋼筋結(jié)構(gòu)的保護層，因此混凝土的抗腐蝕能力就代表鋼筋的抗銹蝕能力。為提高混凝土的抗腐蝕能力，河北唐山沿海地區(qū)橋墩建設(shè)應(yīng)遵循以下原則：在混凝土表面噴涂無機溶膠型滲透結(jié)晶材料，對混凝土表面充分清理，干燥后噴涂，至少兩遍，噴涂均勻，噴涂標準為不少于0.1kg/m2，保證涂刷厚度滿足海水氯鹽等侵蝕環(huán)境下建設(shè)橋墩的抗腐蝕性要求。

無機溶膠型滲透結(jié)晶材料不同于普通水性溶液，是由超細粒子在分散介質(zhì)中分散形成，有明顯的分界面，且超細粒子具有剛性，是一種自動修補防水涂料，噴涂后混凝土表面會產(chǎn)生一些白色物質(zhì)，其疏水性大于親水性，通過混凝土毛細管在潮濕環(huán)境下形成不溶于水的結(jié)晶，形成一道抗?jié)B性能好的保護層，并且在后期成型遇水后會產(chǎn)生二次結(jié)晶現(xiàn)象。無機溶膠型滲透結(jié)晶材料相較于傳統(tǒng)保護層材料滲透性強，防水效果良好，有自動修復(fù)微小裂紋等缺陷的功能，并有耐堿的性能，且無毒、無污染，施工方便快捷，綠色環(huán)保，更能滿足目前公路行業(yè)對橋墩質(zhì)量的要求。

3.2 選擇抗腐蝕能力強的水泥

水泥作為混凝土的主要組成部分，在選擇水泥時應(yīng)將抗腐蝕能力作為選擇標準。具有高抗腐蝕能力的水泥具有以下特點，可作為水泥抗腐蝕性能力評判標準。第一，高抗腐蝕能力的水泥一般為普通硅酸鹽水泥或其他耐腐蝕水泥，這類水泥相較于快硬硅酸鹽水泥抗腐蝕能力更強，可使混凝土的性能與橋墩質(zhì)量要求相符，控制出現(xiàn)裂縫的概率。第二，水泥中含有活性成分，摻有高爐礦渣、火山灰、粉煤灰、硅藻土等活性熟料的水泥可起到保護橋墩的作用，將海水中的腐蝕性離子阻隔在橋墩以外，橋墩內(nèi)部不發(fā)生腐蝕，出現(xiàn)裂縫的可能性自然下降。

3.3 提高混凝土保護層厚度

混凝土在侵蝕環(huán)境下，為防止混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕，可適當(dāng)提高混凝土保護層厚度，如某橋梁樁基凈保護層厚度不小于75mm，墩臺混凝土凈保護層厚度不小于65mm，實際施工中各部位保護層墊塊一般較設(shè)計尺寸增加5～10mm，以延緩海水侵蝕速度，為一種比較直接的防護措施。

3.4 優(yōu)化配合比

混凝土配合比設(shè)計是混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，也是決定混凝土結(jié)構(gòu)強度及耐久性的重要環(huán)節(jié)。項目進場后，通過材料選型、試配、檢驗等，結(jié)合相關(guān)資料以及調(diào)查分析，確定最優(yōu)配合比，且摻入適量的粉煤灰等礦物摻合料，改善混凝土性能。配合比根據(jù)原材料變化及時調(diào)整，確?；炷列阅軆?yōu)良、強度和耐久性滿足要求。

3.5 控制坍落度

嚴格控制混凝土坍落度，要求監(jiān)理與施工單位試驗人員共同對混凝土坍落度進行測試并記錄。對坍落度大于規(guī)范要求的混凝土直接按報廢處理，并要求施工單位改進施工工藝，核實振搗人員的上崗證，施工過程中實施全程旁站監(jiān)理，要求施工操作人員將混凝土振搗到位。

3.6 提高混凝土養(yǎng)護施工質(zhì)量

在沿海地區(qū)受季風(fēng)影響，橋墩容易出現(xiàn)裂縫。由于混凝土強度不足，托盤頂帽等異型模板位置偏差調(diào)整影響下部混凝土結(jié)構(gòu)也極易造成裂縫出現(xiàn)。該橋墩工程在混凝土施工過程中，嚴格執(zhí)行“三檢”制度，強化施工管理，控制混凝土入模溫度，夏季選擇在夜間氣溫較低時澆筑，結(jié)合同條件試件養(yǎng)護記錄，嚴格控制拆模時間，墩臺立面包裹設(shè)兩層聚乙烯膜，里層保水鎖水，外層防風(fēng)等封閉措施，重點加固迎風(fēng)面和背風(fēng)面，即橋墩弧形位置或結(jié)構(gòu)物凸起位置，平面位置采用土工布，保證混凝土養(yǎng)護到位，防止因大風(fēng)天氣混凝土表面收縮過快出現(xiàn)干縮裂紋。

3.7 外露鋼筋頭處理及鋼筋材料防護

異形墩臺一般多采用小型鋼模拼裝，常用鋼筋作為拉桿，施工中需對鋼筋頭外露部分進行防腐處理，防止鋼筋銹蝕后混凝土產(chǎn)生裂縫，在實際操作中，首先將外露鋼筋頭打磨平整，表面清理干凈，其次利用模具，模具與拉桿中心重合，在孔洞內(nèi)涂刷聚氨酯防水涂料，涂刷厚度不小于1.5mm，涂刷均勻，保證施工質(zhì)量。

沿海地區(qū)由于濕潤氣候及環(huán)境原因，鋼筋原材料、成品或半成品存放不當(dāng)表面極易銹蝕，且鋼筋除銹不徹底，鐵銹膨脹可造成混凝土保護層破裂，降低鋼筋與混凝土握裹力及結(jié)構(gòu)耐久性。項目在施工中，鋼筋材料集中存放在半封閉式加工棚內(nèi)，加工棚應(yīng)通風(fēng)良好，上部嚴禁覆蓋雜物，且控制材料進場數(shù)量及加工數(shù)量，鋼筋加工滿足施工進度即可，減少材料的存放時間，降低鋼筋銹蝕風(fēng)險。

3.8 選用耐腐蝕性鋼材和涂刷防水保護層

在公路橋墩設(shè)計中，橋墩預(yù)埋件多與結(jié)構(gòu)鋼筋連接形成整體。預(yù)埋件與混凝土黏結(jié)不好易出現(xiàn)縫隙。為防止此類現(xiàn)象出現(xiàn)，首先應(yīng)選擇耐腐蝕性強的鋼材。與此同時，在預(yù)埋件周邊混凝土表面涂刷環(huán)氧樹脂、聚氨酯等，此類材料具有極強的防腐性、防水性。

3.9 埋設(shè)電子元器件

在墩身混凝土中埋設(shè)溫度傳感器、溫度應(yīng)力測試元件。對混凝土拌和溫度、澆筑溫度、入模溫度、室外溫度進行測定和記錄。留置混凝土同條件養(yǎng)護試件，通過電子元器件監(jiān)測混凝土內(nèi)部溫度，確?；炷羶?nèi)部溫度在澆筑完成后72h后不再升高，趨于穩(wěn)定，120h左右開始下降。

3.10 拆模

要求施工單位事先做好拆模準備工作，盡量縮短拆模時間。墩身混凝土拆模后即進行三層包裹養(yǎng)護：塑料薄膜、棉布、厚塑料布，起到了使混凝土表面與室外隔離的作用，表面溫度變化不會太大，從而降低熱脹冷縮對混凝土表面的影響。托盤、頂帽混凝土采用棉布覆蓋，定時進行澆水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不得少于28d。這樣既保證了托盤、墩身混凝土內(nèi)部水分不易流失，又能及時對混凝土進行養(yǎng)護。

4 結(jié)語

混凝土與鋼筋是公路橋墩的主要材料，原材料性能難以滿足海水環(huán)境中的橋墩質(zhì)量要求是出現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵因素。在實際施工中還應(yīng)注重混凝土的施工質(zhì)量、養(yǎng)護方式、表面防腐、各類易產(chǎn)生病害的防治，現(xiàn)場重視優(yōu)化原材料性能，從而減少橋墩裂縫的出現(xiàn)。