試論橋梁混凝土的裂縫處理與防制

李美南，李 紅

（贛州市公路管理局瑞金分局，江西 瑞金 342500）

混凝土裂縫在橋梁工程中深深困擾著橋梁工程技術(shù)人員。為了進(jìn)一步加強(qiáng)對混凝土橋梁裂縫的認(rèn)識，盡量避免工程中裂縫的出現(xiàn)。究其原因，我們認(rèn)為對混凝土溫度應(yīng)力的變化重視不夠是其中主要原因之一。在橋梁工程混凝土中，我們主要遇到的是施工過程中的溫度裂縫，因此本文對施工中混凝土溫度裂縫的成因和處理措施加以初淺探討。

1 裂縫的成因

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素相互影響。主要是溫度和濕度的變化，混凝土原材料不合格，施工工藝質(zhì)量低劣，外部荷載、凍脹、基礎(chǔ)不均勻沉降等。混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化時(shí)，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生溫度裂縫。混凝土硬化期間水泥放出大量的水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，又在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。混凝土是一種脆性材料，由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一混凝土構(gòu)件中抗拉強(qiáng)度是不均勻的，存在很多抗拉能力很低、易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。

2 裂縫形成與溫度應(yīng)力的關(guān)系

2.1 溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段

（1）早期。自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，這個(gè)階段有兩個(gè)特征：一是水泥放出大量的水化熱；二是混凝土彈性模量的急劇變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。

（2）中期。自水泥放熱基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)期，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期應(yīng)力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

（3）晚期。混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。

2.2 溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類

2.2.1 自生應(yīng)力

邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。

2.2.2 約束應(yīng)力

結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力，如箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土。

3 防止裂縫、減輕溫度應(yīng)力的方法

3.1 溫度的控制

（1）改善骨料級配，采用干硬性混凝土、添加摻配材料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。

（2）拌和混凝土?xí)r用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。

（3）熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。

（4）在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫。

（5）規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化。

（6）施工中長期暴露的混凝土澆筑體表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采用保溫措施。

3.2 改善約束條件的措施

（1）合理地分縫分塊。

（2）避免基礎(chǔ)過大起伏。

（3）合理地安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。

在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑混凝土早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)溫度沖擊現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。此時(shí)，表面溫度亦較氣溫高，此時(shí)拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力疊加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)，但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料，如塑料薄膜，對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。

加筋對大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率低，在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力，由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7～15倍，當(dāng)混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開裂時(shí)，鋼筋的應(yīng)力將不超過100～200 kg/cm2。因此，在混凝土中想利用鋼筋來防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難，如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時(shí)，對提高混凝土抗裂性的效果較好。

4 防止施工工藝質(zhì)量低劣引發(fā)的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理，施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生各種裂縫，裂縫的寬度因產(chǎn)生的原因而異。比較常見的有：

（1）混凝土震搗過快，混凝土流動(dòng)性較低，在硬化前因混凝土沉實(shí)不足，硬化后沉實(shí)過大，容易澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫，既塑性收縮裂縫。

（2）混凝土攪拌運(yùn)輸時(shí)間過長，使水分蒸發(fā)過多，引起混凝土塌落度過低，使得混凝土出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

（3）混凝土保護(hù)層過厚或上層鋼筋被踩壓變位，使承受負(fù)彎矩的受力鋼筋保護(hù)層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減少，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

（4）用泵送混凝土施工時(shí)，為了保證混凝土的流動(dòng)性，增加水和水泥用量，或因其他原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土結(jié)硬化時(shí)收縮量的增加，使得混凝土出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

（5）混凝土分層或分段澆筑時(shí)，接頭部位處理不當(dāng)，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。

（6）施工模板剛度不足，在澆筑混凝土?xí)r，由于側(cè)向壓力的作用，使得模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。

（7）施工時(shí)拆模過早，混凝土強(qiáng)度不足，使構(gòu)件在自重或施工荷載作用下，產(chǎn)生裂縫。

（8）施工前對支架壓實(shí)不足，或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。以上問題在施工中應(yīng)加以注意，可以避免裂縫的發(fā)生。

5 混凝土的早期養(yǎng)護(hù)

混凝土的早期養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要，主要在于保持適宜的溫度條件，以達(dá)到兩個(gè)方面的效果：一方面使混凝土免受不利溫、濕度的侵襲，防止有害的冷縮和干縮；一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。從理論上分析新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余，但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或妨礙水泥的水化反應(yīng)，表面混凝土最容易直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后最初七天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵，在施工中應(yīng)著重加以重視。

1 王孔藩、許清風(fēng)、朱 雷.結(jié)構(gòu)裂縫控制與滲漏防治［J］.四川建筑科學(xué)研究，2003（03）

2 簡華麗、袁繼雄、謝慧才.泵送混凝土早期裂縫分析［J］.四川建筑科學(xué)研究，2003（04）

3 孫國明.橋梁結(jié)構(gòu)裂縫分析及加固技術(shù)處理［D］.阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2002