道路橋梁建設中混凝土裂縫控制研究

劉際源

（中化學交通建設集團第三工程公司，濟南 276000）

1 引言

混凝土施工在道路橋梁建設過程中占有較大的比例，容易受到多方影響出現(xiàn)裂縫問題，因此，國內外學者以及從業(yè)人員對于混凝土裂縫控制的研究從未停止，極大地推動了道路橋梁建設工程的發(fā)展。此次研究著重從前期控制以及早期溫度效應方面展開深入研究和探討，具有一定創(chuàng)新價值，并且在理論和實踐方面具有參考意義，能夠為道路橋梁混凝土裂縫控制理論研究提供案例支持，同時可以為類似項目提供實踐參考。

2 道路橋梁建設中混凝土裂縫成因分析

2.1 收縮裂縫

收縮裂縫是混凝土施工過程中的常見裂縫類型之一（見圖1），主要包括塑性裂縫以及干縮裂縫兩種。其中，塑性裂縫指的是混凝土澆筑之后，水化反應放熱，導致水分蒸發(fā)，出現(xiàn)失水收縮情況，同時混凝土硬化前，骨料下沉，若遇到結構內部鋼筋，就會在混凝土失水情況下，沿著鋼筋方向形成裂縫。干縮裂縫主要指的是混凝土硬化過程中，當表面失水與內部失水速度存在一定差異，就會引發(fā)結構內部不均勻收縮，進而形成收縮裂縫。此外，在混凝土硬化之后，由于失水，整體體積會有所下降，在配筋率較高的情況下，鋼筋結構會影響混凝土正常收縮，進而產生裂縫。因此，影響此類裂縫的因素主要包括水泥材質、骨料粒徑、水灰比等[1]。

圖1 混凝土開裂

2.2 溫度裂縫

混凝土澆筑的最佳溫度在10～15 ℃，而南方夏季氣溫較高，若混凝土原料溫度較高，或者在運輸過程中出現(xiàn)升溫情況，會影響混凝入模溫度，進而造成假凝，產生裂縫；或者在養(yǎng)護過程中，環(huán)境溫度較高，導致混凝土升溫，也會產生裂縫。因此，在南方夏季施工的過程中，應適當采取相應的降溫、控溫措施。對于北方冬季而言，環(huán)境溫度較低，會導致混凝土入模溫度較低，或者混凝土表面散熱較快，而內部由于水化熱反應溫度較高，混凝土表面與內部形成溫差，進而造成溫度裂縫。因此，應結合實際情況采取相應的保溫以及升溫措施。此外，在進行施工的過程中，若混凝土結構局部受到暴曬，導致受熱不均勻而產生較大的拉應力，也會引發(fā)溫度裂縫。

2.3 沉降裂縫

沉降裂縫主要是混凝土結構在縱向上沉降不均勻或者出現(xiàn)水平位移而引起的。當結構應力超過結構自身抗拉強度時，會導致混凝土出現(xiàn)不均勻沉降，進而引發(fā)沉降裂縫。沉降裂縫出現(xiàn)的原因主要包括以下及幾個方面：（1）施工前勘察工作不到位，導致地基地質變化較大，出現(xiàn)不均勻沉降；（2）橋梁結構基礎類型差異較大，樁基礎的樁徑、樁長不統(tǒng)一，或者標高存在較大差異等；（3）橋梁在長期運行之下，受到雨水、滑坡等各種因素影響，導致地基土層發(fā)生變形情況，進而引起不均勻沉降裂縫。

2.4 質量裂縫

質量裂縫主要是施工質量不達標引起的。主要原因如下：（1）振搗問題。振搗不充分、不密實，導致混凝土結構出現(xiàn)蜂窩、麻面等缺陷問題，留下裂縫隱患。（2）澆筑問題。混凝土澆筑過程中速度過快，導致硬化前后出現(xiàn)沉降差異，引發(fā)裂縫。（3）混凝土材料運輸時間過長，導致材料中水分過度蒸發(fā)，影響坍落度，引發(fā)裂縫。（4）為提高混凝土流動性，在混凝土拌和過程中隨意添水或者水泥，影響材料質量，增加收縮，進而出現(xiàn)裂縫。（5）混凝土上下層澆筑間隔控制不良，導致上下層混凝土銜接不充分，造成裂縫。（6）模板質量問題，導致混凝土澆筑時，模板出現(xiàn)變形，引發(fā)變形裂縫。（7）混凝土強度未達標時強行拆除模板，導致混凝土出現(xiàn)裂縫[2]。

3 項目概況

以山東某公路橋梁工程項目為例，針對其中混凝土裂縫控制措施展開探討。該公路橋梁工程全長280 m，施工工期較長。橋梁上部結構為后張法預應力混凝土簡支T 梁，橋臺為擋土式橋臺，基礎部分為鉆孔灌注樁。根據工程建設要求，橋涵荷載等級為城市A 級，設計車速為50 km/h，路面材料為瀝青混凝土。

4 混凝土裂縫控制措施

4.1 控制原材料質量

混凝土材料質量是影響裂縫產生的主要因素之一。對此，在實際進行道橋建設的過程中，應加強對原材料質量的控制。首先，應加強對粗骨料的選擇。粗骨料在阻礙混凝土收縮方面有著較好的效果，同時骨料級配也會影響混凝土結構的抗拉強度，因此，為預防收縮裂縫，應結合實際情況合理選擇粗骨料。其次，合理控制粉煤灰等摻和料的用量。為強化混凝土性能，需要加強對粉煤灰、礦渣粉的選擇，并結合實際需求適當添加纖維，以此增加混凝土的抗拉性能。再次，適當加入膨脹劑。通過膨脹劑使混凝土自身壓應力和拉應力互相抵消，以此提升結構抗裂性能。最后，合理添加減水劑，降低毛細孔表面張力，實現(xiàn)對混凝土收縮變形的控制，強化早期養(yǎng)護。

4.2 配合比優(yōu)化調整

配合比設計是影響混凝土質量的主要因素。不同配合比的混凝土含水量不同，各種材料的占比也存在一定差異，相應水化熱反應強度、收縮情況等各不相同，因此，需要在施工前針對配合比展開試驗，以此實現(xiàn)對配合比的合理優(yōu)化。案例項目當中，混凝土配合比試驗情況如表1 所示。

表1 混凝土配合比試驗

經過試驗發(fā)現(xiàn)，在齡期7 d 時，兩種混凝土結構的抗壓強度均已經超過標準要求，根據以往施工經驗可知，很多道橋施工過程中，對于抗壓強度的過分追求也可能會導致裂縫出現(xiàn)，因此，應從多個方面綜合考量，在保障坍落度和強度滿足要求的情況下，加強對于水化熱以及收縮方面的關注，避免過度追求混凝土強度，而造成裂縫問題。

4.3 混凝土溫度控制

混凝土不同入模溫度對于裂縫出現(xiàn)的概率有一定影響，經試驗，得到不同入模溫度下，混凝土的峰值拉應力情況如表2 所示。由表2 可知，隨著入模溫度的升高，拉應力不斷增大，會提高裂縫出現(xiàn)的概率。此外，混凝土入模溫度也不應低于5 ℃，溫度過低會使得混凝土停止水化。

表2 不同入模溫度下的峰值應力

尤其在冬季施工過程中，外界環(huán)境溫度較低，不僅會導致混凝土材料降溫過快，還會增加混凝土結構內外溫差，十分容易出現(xiàn)裂縫問題。對此應結合實際情況，采取合理的保溫防護措施，以此降低裂縫出現(xiàn)的概率。相應溫度控制應從以下兩個方面入手：

一方面，在現(xiàn)場澆筑施工的過程中，進行沸水澆筑，以此實現(xiàn)對水體溫度的有效控制。在此過程中值得注意的是，應加強對于水體溫度的關注，并控制好相應加熱閥門，以此避免水溫降低，影響混凝土溫度。

另一方面，做好混凝土運輸過程的保溫措施，由于冬季環(huán)境溫度較低，為避免運輸過程中混凝土溫度下降過快，需要采取以下保溫措施：

1）加強對于混凝土運輸車輛的清理，避免雜質使混凝土產生溫度效應；

2）合理設計運輸路線，縮減運輸時間，并保障勻速行駛，減少熱量散失；

3）加強現(xiàn)場管理，避免不必要的等待時間；

4）謹防運輸車漏水，影響混凝土質量。

4.4 混凝土澆筑溫度

結合案例工程實際情況，針對不同環(huán)境溫度下，混凝土結構的開裂情況展開分析。混凝土拉應力是反映其自身抗裂性能的主要指標，結合案例工程實際需求，分別對不同日平均氣溫以及溫度變幅之下，混凝土拉應力強度進行試驗，共計分為3 組進行試驗，第一組為工況1～工況3，日平均氣溫17 ℃，氣溫日變幅分別為10 ℃、8 ℃、6 ℃；第二組為工況4～工況6，日平均氣溫12 ℃，氣溫日變幅分別為10 ℃、8 ℃、6 ℃；第三組為工況7～工況9，工況條件為日平均氣溫7 ℃，氣溫日變幅分別為10 ℃、8 ℃、6 ℃。試驗結果如表3 所示。由表3 可知，環(huán)境溫度的降低導致混凝土結構峰值拉應力不斷增大，此外，氣溫日變幅越大，峰值拉應力越小，但是變化較小，可忽略不計。因此，在實際進行混凝土澆筑施工時，應盡量選擇平均氣溫較高的天氣進行澆筑施工，以此降低混凝土出現(xiàn)裂縫的概率[3]。

表3 不同工況下的峰值拉應力情況

5 結語

綜上所述，在實際進行道橋施工的過程中，為保障混凝土質量，降低裂縫出現(xiàn)的概率，應先明確混凝土裂縫出現(xiàn)的主要原因，可能是材料質量、配比以及環(huán)境和材料溫度導致的，也可能是施工過程控制不到位引起的。對此，在施工時，應結合實際工程特點和情況，合理采取相應控制措施。本文以某冬季施工的道橋項目為例，著重針對材料配比以及溫度影響因素進行分析和探討，強調了對于材料質量、配合比的控制，以及對于混凝土入模溫度和澆筑溫度的把控，以此降低混凝土裂縫出現(xiàn)的概率，保障施工質量效果。相信隨著人們對實際工況的重視，以及混凝土裂縫的研究，道橋工程中混凝土裂縫出現(xiàn)的現(xiàn)象將會得到良好控制。