淺議道路橋梁施工中裂縫的原因分析

黃曉新 李惟浩

【摘要】在道路橋梁工程建設(shè)中，裂縫作為混凝土橋梁難以避免的質(zhì)量通病，對其有害程度進(jìn)行有效控制在很大程度上直接影響著道路橋梁工程的建設(shè)及使用效果。文章對道路橋梁施工中裂縫的原因進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】道路橋梁；裂縫；原因

在道路橋梁的施工或者運(yùn)營的養(yǎng)護(hù)過程中，混凝土出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，使得道路橋梁的整體質(zhì)量大打折扣，嚴(yán)重的話會威脅到車輛駕乘人員的生命安全，因此，對混凝土裂縫原因的研究就變得十分重要和緊迫。

一、結(jié)構(gòu)性裂縫

目前國內(nèi)研究表明結(jié)構(gòu)性裂縫主要是由荷載引起的。這里的荷載主要包括兩種，即直接荷載和間接荷載。直接荷載主要是由恒載、預(yù)應(yīng)力以及風(fēng)等產(chǎn)生的；間接荷載則主要來源于一些其它因素如溫度、收縮、沉降、漸變等環(huán)境的變化。其發(fā)生機(jī)理為：當(dāng)混凝土承受的負(fù)載壓力小于其極限壓力的30—50%時(shí)，界面上產(chǎn)生微小的裂縫，卸載后，混泥土的變形不大，此時(shí)，混泥土處于線彈性的穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)混凝土承受的負(fù)載壓力超過其極限壓力的50—75%時(shí)，會導(dǎo)致原來的微小裂縫延伸和加寬并擴(kuò)散至水泥砂漿中，同時(shí)，伴隨著新的裂縫出現(xiàn)。這種情況下，裂縫則處于穩(wěn)定擴(kuò)展的狀態(tài)；當(dāng)混凝土承受的負(fù)載壓力進(jìn)一步增加，原有的裂縫迅速地延展并加寬，產(chǎn)生連續(xù)裂縫。混凝土被貫通的裂縫分割，逐漸喪失承載力即混凝土在外荷載作用下逐漸失穩(wěn)破裂。較直接荷載而言，間接荷載荷載的產(chǎn)生是一個(gè)持續(xù)的過程，并非一瞬間完成的，這也是它不同于直接荷載的主要特征。

二、溫度性裂縫

1、較大年溫差的影響

一年中的溫度差緩慢的變化著，四季溫差雖然幅度變化不大，但是我國一般以冬夏的溫度作為變化幅度，尤其是以一月和七月的平均溫度為溫度變化幅度。這樣對橋梁結(jié)構(gòu)的影響可想而知，溫度差影響橋梁結(jié)構(gòu)，主要將導(dǎo)致橋梁縱向的位移。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生位移受到一定的限制時(shí)，就很容易引起溫度裂縫現(xiàn)象，如常見的拱橋和鋼架橋等。因?yàn)榛炷劣腥渥兊奶匦裕栽谀隃夭罘秶鷥?nèi)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，不可忽略對混凝土彈性實(shí)現(xiàn)一定程度的折減。

2、高強(qiáng)度日照的影響

由于橋面的板塊和橋主梁以及橋墩的一面受到陽光強(qiáng)烈的照射，使橋梁整體受熱不均勻，被曝曬的地方溫度明顯比其他地方的溫度高，橋梁的溫度呈非線性式的梯度分布結(jié)構(gòu)。又因?yàn)樽陨韺κ芰Φ募s束，使得橋體局部的拉力和應(yīng)力較大，引起裂縫的出現(xiàn)。

3、突然降溫的影響

日照和驟然降溫是使橋梁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)溫度裂縫最為常見的原因。如果正常的天氣突然下大雨或者突然來冷空氣，會導(dǎo)致橋體的表面溫度驟然下降，甚至是日落都會引起結(jié)構(gòu)外表溫度的降低。但是橋梁的內(nèi)部溫度卻下降的很緩慢，這樣，內(nèi)外溫差引起的橋梁溫度梯度，直接會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)裂縫。在對日照以及突然降溫進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算的時(shí)候，可以把設(shè)計(jì)規(guī)范起來，并結(jié)合實(shí)際橋梁的資料進(jìn)行計(jì)算，而混凝土的彈性量則不需考慮折減。

三、收縮性裂縫

混凝土在進(jìn)行施工中的澆筑任務(wù)以后，大約四小時(shí)水泥就會發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，尤其是水化反應(yīng)最為激烈。

混凝土的縮水性和縮干性收縮發(fā)生在混凝土硬結(jié)之后。由于硬結(jié)后的混凝土的溫度會隨著表層水分的蒸發(fā)而降低，進(jìn)而導(dǎo)致其體積不斷縮小。整個(gè)混凝土表面水分丟失快，而內(nèi)部卻相對很慢，所以，引起混凝土表面和內(nèi)部的收縮性能不同，強(qiáng)度大小不一致，使混凝土被鋼筋強(qiáng)烈的束縛著，而產(chǎn)生明顯的裂紋。

在混凝土的硬化中常見的另一種收縮類型就是自生收縮。它的收縮反應(yīng)與外部溫度沒有關(guān)系，這一自生收縮是水泥同水發(fā)生的水化反應(yīng)。在高溫情況下最容易發(fā)生的反應(yīng)就是碳化收縮，由于大氣中二氧化碳和水泥容易發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)，所以收縮變形的出現(xiàn)就見怪不怪了。碳化收縮的發(fā)生條件必須是極高的溫度，并且它的反應(yīng)強(qiáng)度會隨著大氣二氧化碳濃度的變化而變化。

影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標(biāo)號及用量。水泥標(biāo)號越低、單體積用量越大、磨細(xì)度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時(shí)間越長。良好的養(yǎng)護(hù)方法可加速混凝土的水化反應(yīng)，獲得較高的混凝土強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長，則混凝土收縮越小。

四、早期塑性沉降裂縫

塑性收縮縫是指新拌的混凝土在凝固過程中，因表面的水分蒸發(fā)而引起的裂縫，常見于構(gòu)件的外露表面。混凝土在凝固的過程中，還尚處于流塑態(tài)，由于重力的作用，混凝土?xí)M(jìn)一步的壓實(shí)，表面伴隨著水分的蒸發(fā)和表面的干縮，就會在表面產(chǎn)生塑性沉降裂縫。例如，在混凝土澆筑幾個(gè)小時(shí)之后，有時(shí)會出現(xiàn)長短不一、走向不規(guī)則的裂縫，這種裂縫被稱為龜裂。塑性沉降裂縫的特征是一般出現(xiàn)在構(gòu)件表面水平鋼筋的上方，當(dāng)保護(hù)層較弱時(shí)，裂縫可沿鋼筋長度方向發(fā)展，并且鋼筋直徑越粗，保護(hù)層越弱，這種現(xiàn)象就越明顯。這種現(xiàn)象的原因是在未凝固的混凝土中，漿體會有下沉的趨勢，相應(yīng)的水分就會上移，這樣就會在表面形成塑性沉降裂縫，并且在水平鋼筋的底部形成水分空隙。

為避免早期塑性沉降裂縫的產(chǎn)生，就要嚴(yán)格控制混凝土的水灰比例，可適當(dāng)添加少量粉煤灰和減水劑。在混凝土澆筑2小時(shí)以后進(jìn)行二次振搗，振搗完需要將表面振實(shí)，注意振搗時(shí)間不宜過長，速度要適宜，不能過快，要保證混凝土的密實(shí)性。在養(yǎng)護(hù)上要注意澆筑早期避免水分的蒸發(fā)，冬季要御寒保溫，夏季避免陽光直射，在豎向模版的邊隙涂抹脫模劑。

五、道路橋梁混凝土裂縫的有效應(yīng)對措施

1、合理的設(shè)計(jì)荷載及道路橋梁的布局

在設(shè)計(jì)階段，相關(guān)的技術(shù)人員要堅(jiān)持具體分析的原則，對道路橋梁進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)規(guī)劃，對施工中所需要的鋼筋進(jìn)行合理地布局，與此同時(shí)還要對橋梁的運(yùn)營荷載進(jìn)行調(diào)研，切實(shí)保證橋梁的承載力高于實(shí)際荷載，使施工中或者后期維護(hù)中不會出現(xiàn)混凝土裂縫的現(xiàn)象。

2、嚴(yán)格控制混凝土的組成材料

無論是對水泥的強(qiáng)度指標(biāo)還是對骨料的直徑大小及抗壓強(qiáng)度都要進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)遴選，以保證混凝土強(qiáng)度與設(shè)計(jì)的預(yù)算荷載相符合；同時(shí)還要根據(jù)實(shí)際使用的原材料，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范、規(guī)程經(jīng)試驗(yàn)得出混凝土的合理配合比，并且控制攪拌時(shí)水的加入量，以此來控制混凝土體積的變形，最大程度地保證混凝土的抗裂性。

3、注重施工過程溫度的變化，防止溫度變化引起裂縫

高質(zhì)量的混凝土具有較強(qiáng)的抗裂性，所以對施工時(shí)混凝土的攪拌、運(yùn)輸方式以及澆注過程都要高度重視，并且注意高溫時(shí)加強(qiáng)對混凝土的澆水養(yǎng)生、低溫時(shí)加強(qiáng)對混凝土的表面保溫，以最大程度增強(qiáng)混凝土的抗裂性，從而避免施工中混凝土裂縫的產(chǎn)生。

4、對已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫的補(bǔ)救措施

在道路橋梁的施工過程中一旦混凝土出現(xiàn)了裂縫，施工單位應(yīng)該及時(shí)采取有效的應(yīng)對措施，以免裂縫逐漸變大而影響到整體工程的質(zhì)量。對于混凝土裂縫的補(bǔ)救措施要根據(jù)裂縫的產(chǎn)生原因，采取與之相對應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)救，目前我國普遍采用以下幾種補(bǔ)救方式：如果裂縫較小，寬度小于0.15mm、深度不涉及到鋼筋，可用水沖洗并濕潤裂縫，之后用相應(yīng)比例的水泥砂漿進(jìn)行抹平；對于寬度在0.15mm至1.5mm之間的裂縫，需要鑿開裂縫并將其清理干凈，再用相應(yīng)比例的水泥砂漿進(jìn)行填充然后抹平；另外就是普遍使用的灌漿措施，這種補(bǔ)救方式對于裂縫的大小深度沒有明確的要求，只是用灌漿泵將配置好的水泥砂漿灌入裂縫中，從而修復(fù)裂縫。

結(jié)束語

道路橋梁裂縫的設(shè)計(jì)、施工防治效果貫穿于橋梁建設(shè)的全過程，其控制成效也直接影響著橋梁病害的預(yù)防與后期控制。要根據(jù)裂縫出現(xiàn)的原因及時(shí)進(jìn)行彌補(bǔ)，避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生。必須認(rèn)真對待每一個(gè)工作環(huán)節(jié)，細(xì)致全面地考慮建設(shè)施工中可能出現(xiàn)的各種影響因素。

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