桥梁施工中钢筋混凝土裂缝的成因及防范措施|钢筋混凝土裂缝成因及防御措施论文

　　摘 要： 混凝土是桥梁建设中的主要材料之一，桥梁80%以上的构件均为钢筋混凝土结构。尽管我们已采取各种措施，但在各结构施工过程中混凝土产生的裂缝却无所不在。为了尽量避免工程中危害较大的裂缝和控制可克服裂缝的产生，本文对桥梁混凝土施工过程中所产生的裂缝成因作了较为深入的分析，以便在施工过程中采取行之有效的控制措施，保证混凝土结构的使用功能及安全性能。
　　关键词： 桥梁施工 钢筋混凝土 裂缝防范措施 处理方法
　　
　　1.桥梁施工中钢筋混凝土裂缝的种类及产生的原因
　　1.1混凝土干缩裂缝。
　　干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间内，或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥砂浆中水分蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而引起变形不同的结果。材料缺陷也容易引起混凝土表面干缩裂缝，研究表明，水泥加水后变成水泥硬化体，绝对体积减小，毛细孔缝中水溢出产生毛细压力，使得混凝土产生毛细收缩，由此引起水泥砂浆的干缩值为0.1%―0.2%，混凝土的干缩值为0.04%―0.06%，而混凝土的极限拉伸值只有0.01%―0.02%，所以当其大于混凝土的极限拉伸值即产生裂缝［１］。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05―0.2ｍｍ之间，大体积混凝土中平面部位多见，较薄的梁板中多沿其短向分布。
　　1.2混凝土塑性收缩裂缝。
　　塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽两端细且长短不一、互不连贯的状态。其产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等。
　　1.3地基变形、沉陷引起的裂缝。
　　这类裂缝的产生是由于结构物地基土质松软，或回填土不实造成不均匀沉降；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，较大的沉陷裂缝往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
　　1.4温度变化引起的裂缝。
　　温度裂缝一般是由于大气温度变化、周围环境温度太高或者大体积混凝土施工时产生的水化热等因素造成。
　　1.4.1水化热。在施工过程中，大体积混凝土（厚度超过2．0m）浇筑之后由于水泥水化放热，因而内部温度很高，内外温差太大，表面出现裂缝。施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥单位用量，降低骨料入模温度，降低内外温差，并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统进行内部散热或采用薄层连续浇筑以加快散热。有关研究表明［2］，当混凝土内外温差10℃时，冷缩值为0.01%，如果混凝土内外温差20℃―30℃时，其冷缩值为0.02%―0.03%，而混凝土的极限拉伸值只有0.01%―0.02%，当其大于混凝土极限拉伸值时混凝土就开裂。
　　1.4.2养护或冬季施工时施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝。温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝会引起钢筋锈蚀，混凝土碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
　　1.5施工工艺质量引起的裂缝。
　　在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，则容易产生表面的、深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现［2］。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度产生的原因比较典型常见的有以下几个。
　　1.5.1混凝土保护层过厚或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
　　1.5.2混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或成为其他荷载裂缝的起源点。
　　1.5.3混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，即塑性收缩裂缝。
　　1.5.4混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土坍落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。
　　1.5.5混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。
　　1.5.6用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量或因其他原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加．使得混凝土体积上出现不规则裂缝。
　　1.5.7混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如混凝土分层浇筑时，后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑，引起层面之间的水平裂缝；采用分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间黏结力小或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引起裂缝。
　　1.5.8混凝土早期受冻。使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。
　　1.5.9施工时模板刚度不足。在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。
　　1.5.10施工时拆模过早。混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
　　1.5.11施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。
　　1.5.12安装顺序不正确。对产生的后果认识不足，导致产生裂缝。如钢筋混凝土连续梁满堂支架现浇施工时，钢筋混凝土墙式护栏若与主梁同时浇筑，拆架后墙式护栏往往产生裂缝；拆架后再浇筑护栏，则裂缝不易出现。
　　1.5.13施工质量控制差。任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果造成混凝土强度不足和其他性能(和易性、密实度)下降，导致结构开裂。
　　2.混凝土结构裂缝的预防措施
　　2.1控制混凝土使用材料和温升。
　　2.1.1选用水化热低的水泥。水化热是水泥熟料水化放出的热量。为使混凝土减少升温，可以在满足设计强度要求的前提下，减少水泥用量，尽量选用中低热水泥。一般工程可选用矿渣水泥或粉煤灰水泥。
　　2.1.2利用混凝土的后期强度。据试验数据表明，每立方米的混凝土水泥用量，每增减10千克，混凝土温度受水化热影响相应升降1℃。因此根据结构实际情况，对结构的刚度和强度进行复算并取得设计和质检部门的认可后，可用f45、f60或f90替代f28作为混凝土设计强度，这样每立方米混凝土的水泥用量会减少40―70千克/立方米，相应的水化热温升也减少4℃―7℃。
　　利用混凝土后期强度主要是从配合比设计入手，并通过试验证明28天之后混凝土强度能继续增长。到预计的时间能达到或超过设计强度。
　　2.1.3掺入减水剂和微膨胀剂。掺加一定数量的减水剂或缓凝剂，可以减少水泥用量，改善和易性，推迟水化热的峰值期。而掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥，也可以减少混凝土的温度应力。
　　2.1.4掺入粉煤灰外掺剂。在混凝土中加入少量的磨细粉煤灰取代部分水泥，不仅可降低水化热，还可改善混凝土的塑性。
　　2.1.5骨料的选用。连续级配粗骨料配制的混凝土具有较好的和易性，可减少用水量和水泥用量，具有较高的抗压强度。另外砂、石含泥量要严格控制。砂的含泥量小于2%，石的含泥量小于1%［3］。
　　2.1.6降低混凝土的出机温度和浇筑温度。首先要降低混凝土拌和温度。降低混凝土出机温度的有效的办法是降低石子的温度，在气温较高时，避免太阳直接照射骨料，必要时向骨料喷射水雾或使用前用冷水冲洗骨料。另外混凝土的装卸、运输、浇筑等工序都对温度有影响。为此，在炎热的夏季应尽量减少从搅拌站到入模的时间。
　　2.2采用保温或保湿养护延缓混凝土降温速度。
　　加强混凝土养护，在每次混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护。不同施工季节应选择不同的混凝土养护方法。夏季施工时，要采用草帘覆盖、蓄水、洒水、喷水等温降方法进行养护；正常气温时，可喷刷养生液养护；冬季施工时，可使用保温材料来提高混凝土的表面温度，也可用薄膜养生液、塑料薄膜等封闭料对混凝土保温、保湿，在寒冷季节可搭设挡风保温棚。混凝土的养护时间根据水泥的品种确定，一般来讲，普通水泥的养护时间为14d，矿渣水泥、粉煤灰粉水泥、火山灰水泥及掺加掺和料后的混凝土的养护时间为21d。
　　2.3改善施工工艺，提高混凝土抗裂能力。
　　2.3.1采用分层分段法浇筑混凝土，有利于混凝土消化热的散失，减小内外温差。
　　2.3.2改善配筋，避免应力集中，增强抵抗温度应力的能力。孔洞周围、变断面转角部位、转角处都会产生应力集中。为此，在孔洞四周增配斜向钢筋、钢筋网片，在变截面作局部处理使截面逐渐过渡，同时增配抗裂钢筋都能防止裂缝的产生。值得注意的是，配筋要尽可能应用小直径和小间距，按全截面对称配置。
　　2.3.3设置后浇带。对于平面尺寸过大的大体积混凝土应设置后浇带，以减少外约束力和温度应力；同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度。
　　2.3.4做好温度监测工作，及时反映温差，随时指导养护，控制混凝土内外温差不超过25摄氏度。
　　3.混凝土裂缝的处理方法
　　3.1不影响结构安全的情况下。
　　经过调查分析，确认在裂缝不降低承载力的情况下，采取表面修补法、充填法、注入法等处理方法。
　　3.1.1表面修补法。该法适用于较窄的缝，用以恢复构件表面美观和提高耐久性，常用的是沿混凝土裂缝表面铺设薄膜材料，一般可用环氧类树脂或树脂浸渍玻璃布。
　　3.1.2充填法。当裂缝较宽时，可沿裂缝混凝土表面凿成V形或U形槽，使用树脂砂浆材料进行填充，也可使用水泥砂浆或沥青等材料。
　　3.1.3注入法。当裂缝宽度较小且较深时，可采用将修补材料注入混凝土内部的修补方法，首先裂缝处设置注入用管，其他部位用表面处理法封住，使用低黏度环氧树脂注入材料，用电动泵或手动泵注入修补。
　　3.2影响结构安全的情况下。
　　如果裂缝影响到结构安全，可采取围套加固法、钢箍加固法、粘贴加固法等结构加固法。此方法属结构加固，须经设计验算后方可进行。
　　3.2.1围套加固法。在周围尺寸允许的情况下，在结构外部一侧或数侧外包钢筋混凝土围套，以增加钢筋数量和截面，提高其承载力；对构件裂缝严重，尚未破碎裂透或一侧破裂的，将裂缝部位钢筋保护层凿去，外包钢丝网一层；大型设备基础一般采取增设钢板箍带，增加环向抗拉强度的方法处理。［3］
　　3.2.2钢箍加固法。在结构裂缝部位四周加U型螺栓或型钢套箍将构件箍紧，以防止裂缝扩大和提高结构的刚度及承载力。加固时，应使钢套箍与混凝土表面紧密接触，以保证共同工作。
　　3.2.3粘贴加固法。将钢板或型钢用改性环氧树脂和黏结剂，黏结到构件混凝土裂缝部位表面，使钢板或型钢与混凝土连成整体共同工作。黏结前，钢材表面进行喷砂除锈，混凝土刷净干燥，黏结层厚度为1―4毫米。
　　4.结语
　　综上所述，在充分了解混凝土裂缝产生的种种原因基础上，适当采取科学、合理、切实有效的防范措施，可把混凝土裂缝控制在建筑规范容许的范围内。实践证明，只有从原材料、设计、施工等方面加强质量控制，才能最大限度地预防和控制混凝土裂缝的产生，才能保证混凝土结构安全、适用、可靠和耐久的要求，才能保障人们的生命和财产安全。
　　
　　参考文献：
　　［1］张小亮.混凝土裂缝成因分析及控制［J］.山西建筑，2010，（2）.
　　［2］王金杰，薄士威.浅析薄壁混凝土裂缝施工控制技术［J］.水利与建筑工程学报，2011，（1）.
　　［3］吕克志.温度作用下蜗壳外围混凝土裂缝稳定性分析［J］.水利与建筑工程学报，2012，（2）.