浅析桥梁工程混凝土裂缝控制及修补技术

钱小梅

【摘 要】本文结合施工实践经历，对桥梁工程中混凝土裂缝的根源进行分析，提出了预防及处治的综合对策，介绍了合适的修补方案，对确保结构物施工质量与安全，延长其使用寿命具有一定的借鉴意义。

【关键词】桥梁；混凝土；裂缝；成因；控制；修补

1 混凝土裂缝产生的原因

1.1 温、湿度变化影响

桥梁工程中混凝土的裂缝是一种常见病与易发病，且大多发生于施工阶段，其原因较复杂，造成裂缝的主要原因是温度和湿度的变化。

混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，受到结构基础或周边约束影响，使混凝土内部出现拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。在施工完成后，后期的养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也易导致裂缝的产生。混凝土自身是一种脆性材料，抗拉强度约是抗压强度的1/10，短期荷载的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104，长期荷载的极限拉伸变形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，加上运输和浇筑过程中的离析现象，使得在同一块混凝土中其抗拉强度产生不均匀，存在许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的部位。因此掌握温度应力的变化规律对于合理的结构设计和施工尤为重要。

1.2 原材料及配合比影响

配合比设计不当直接影响混凝土的抗拉强度，是造成混凝土开裂的原因之一。配合比不当指水泥用量过高，水灰比大，含砂率不适当，骨料种类不佳，选用外加剂不当等，这几个因素是互相关联的。有关实验资料表明：用水量不变时，水泥用量每增加10%，混凝土收缩增加5%；水泥用量不变时，用水量每增加10%，混凝土强度降低20%，混凝土与钢筋的粘结力降低10%。

1.3 施工过程及现场养护影响

1）现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振，均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生。

2）高空浇筑混凝土，风速过大、烈日暴晒等因素都会造成混凝土收缩值大。

3）混凝土浇筑时，现场降温及保温措施不到位，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，造成混凝土产生温度裂缝。

4）现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。

5）模板拆除方法不当或拆模过早，引起拆模裂缝。

总之，导致发生混凝土裂缝的原因十分复杂，既有其必然性（混凝土自身的物理、化学特性），又有其偶然性（施工过程中的各种条件、因素）。影响混凝土裂缝的因素概括起来可以用6个字表示，即人（与混凝土施工有关的各工序人员）、机（混凝土生产、输送、入仓、震捣设备、机具）、料（混凝土设计强度、配合比、粗细骨料、掺合料及外加剂）、法（施工工艺、浇筑方案）、环（施工期温、湿度环境和养护条件）、形（结构形式、断面尺寸、约束条件）。大量工程实践表明，即使同批次施工的结构完全相同的不同单元工程，混凝土发生裂缝的情况也不尽相同。因此，现阶段还没有公认的能有效控制各种混凝土裂缝发生的单一工程措施。

2 混凝土裂缝的类型

2.1 干缩裂缝

干缩裂缝通常出现在大约混凝土养护期结束后的14d内。混凝土在硬化过程中易受到外部环境的影响，表面的水分蒸发比较快，所以变形程度比较大，而混凝土内部的湿度相对比较稳定，则不容易产生变形。这就导致了混凝土表面和内部变形的程度不一致。混凝土内部变形制约表面的干缩变形，从而造成很大的拉力，进而造成干缩裂缝。分布于混凝土表面的网状或平行线状的干缩裂缝，其宽度大约在0.05～0.2mm之间。干缩裂缝会造成水渗入混凝土中，对内部的钢筋造成腐蚀，降低混凝土的强度和寿命周期。混凝土干缩裂缝的大小主要受到水灰比、水泥成分、水泥用量、集料性质和用量、外加剂用量等因素的影响。

2.2 温度裂缝

桥梁工程施工过程中，使用的混凝土体积通常较大，在混凝土内部易积聚大量的水化热，这些热量没有有效的散发，从而导致内部温度急剧上升。然而与混凝土内部情况刚好相反，表面的热量散发很快，温度下降也快，表面温度较低。混凝土内外温差大导致不同的热胀冷缩，会产生一个拉应力。当这个拉应力大于混凝土自身强度时，裂缝就会在混凝土表面或温差变化剧烈的部位产生，尤其在混凝土施工的末期，此种情况更为明显。温度裂缝的走向通常无固定规律，大面积结构裂缝常常表现为纵横交错。

2.3 塑性收缩裂缝

混凝土的硬化需要一个比较长的过程，在这个过程中表面水分蒸发较快容易导致塑性收缩裂缝。在环境干燥或大风的气象环境下，塑性收缩缝出现的概率大大增加。塑性收缩裂缝的长短不一且分布不连贯，裂缝多呈两端细长且中间较宽的特性。塑性收缩裂缝的长短相差很大，在0.2～3m之间，宽度多在1～5mm的范围之内。其产生是由以下原因造成的：混凝土在硬化过程中强度很小甚至没有强度，混凝土表面的水分在受到大风或者高温的环境影响下，迅速蒸发。由于水分流失过快，混凝土中的毛细管随之产生较大的负压，混凝土表面在负压的作用下迅速收缩，混凝土此时还未完全硬化，其强度不足以抵消自身的收缩，这样塑性收缩裂缝就产生了。混凝土塑性收缩裂缝的产生主要受到水灰比、混凝土的凝结时间、外界环境温度、风速、相对湿度等因素的影响。

2.4 沉陷裂缝

桥梁工程由于地基土质不均、松软或者回填土不实、浸水而产生不均匀沉降，这时就会产生沉陷裂缝。除此之外，模板支撑间距过大、模板刚度不够等因素也是造成沉陷裂缝的重要因素。这种情况大多发生在冬季施工中，因为模板支撑在冻土层上，随着天气转暖，冻土层融化变软，而造成不均匀沉降，进而导致混凝土产生沉陷裂缝。贯穿性裂缝以及深进性裂缝最为常见。其走向大多受沉陷实际情况的影响，比较小的裂缝一般与地面垂直，而较大的裂缝往往存在一定的错位，裂缝宽度与沉降量成正比关系。沉陷裂缝随着工程地基的沉陷而不断发展，在地基沉陷停止后，沉陷裂缝也趋于稳定。

3 控制混凝土裂缝的主要对策

3.1 提高混凝土的自身质量是防止裂缝的核心

不管何种原因导致的何种形式的混凝土裂缝，其根本原因都是因为混凝土的拉应力超过了允许拉应力。因此，提高混凝土的自身质量是防止裂缝的核心。首先，要通过试配选取最优配合比设计，达到水泥用量最少、级配最优、和易性最佳的目的；其次，缓凝、早强、利于泵送的外加剂；再次，掺用适量纤维。

3.2 缩小混凝土的内外温差是控制温度裂缝的关键

根据研究成果和工程实践，内部降温，外部蓄热保温是缩小内外部温差的有效途径。其主要措施可包括：①尽可能降低混凝土的水化热；②在混凝土内部设置冷却水管，降低温升；③控制混凝土的入仓温度。夏季施工时应对水泥、粗细骨料降温，必要时加冰水拌和；④不论何种季节，均需对混凝土外部采取切实有效的保温、保湿措施，尽可能不使混凝土水分散发。

需要注意的是：①冷却循环水管安装以后必须试压，以防接头部位漏水；②在混凝土浇筑的同时开始通水以控制温升，而不是温度已升高后突然降温；③前期混凝土养护要兼顾保温与保湿的关系，不能因淋水养护导致外部降温而加大内外温差；④降温正常以后，必须对预埋的冷却水管压力灌浆充填密实。

3.3 控制结构变形约束裂缝的主要关键是减小约束应力

其主要措施为：①尽可能缩短底板与墩墙的施工时间差；②在可能情况下设计尽量减小墩墙长度。

3.4 控制干缩裂缝的关键是浇筑后的管理

主要措施包括：①面层混凝土初凝初期及时二次压面并立即覆盖薄膜后再覆盖草包；②临空面推迟拆模并保持湿润；③延长养护期并加强养护；④冬季施工应重视混凝土的保温养护。

3.5 提高人工操作质量是控制裂缝的根本保证

人们在对混凝土裂缝裂缝成因和控制裂缝措施的研究时，往往注重客观原因和工程措施的研究，而忽视了人的重要因素。实践中，有相当一部分混凝土裂缝的发生往往与工人的操作不当或偏差直接有关。比较典型的几种情况是：①混凝土拌制过程中每盘料的不均匀性（混凝土工程质量验评时用离差系数判别）；②混凝土入仓漏斗间距偏大，利用混凝土自由流动和震捣器平仓，导致两漏斗中部混凝土细颗粒明显偏多、混凝土强度偏低；③混凝土欠震（不是漏震，无明显蜂窝缺陷），局部形成薄弱环节，巧遇应力偏大处；④混凝土过震，粗骨料下沉，上部混凝土强度偏低；⑤混凝土表面抹压不及时，操作不规范；⑥拆模偏早，养护不当，或低温施工混凝土表面早期冻害。因此，混凝土施工中采取各种防裂措施的同时，必须更加注重对操作人员的教育、培训和落实责任，细化技术交底，以提高人工操作的质量，保证工程质量，往往可以收到事半功倍的效果。

4 修补方案的选择

加强混凝土工程裂缝治理，不仅要预防，而且还要对现有的裂缝进行有效修补，以免病害蔓延。对于当前桥梁工程施工过程中存在的混凝土裂缝问题，应当及时组织相关人员进行修补，以免病害进一步扩大，进而影响到整个工程的结构安全性及其使用耐久性。对于已有的裂缝，可从以下几个方面处理：

1）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：

表面修补法：该法适用于缝较窄，用以恢复构件表面美观和提高耐久性时所采用，常用的是沿混凝土裂缝表面铺设薄膜材料，一般可用环氧树脂或树脂浸渍玻璃布。

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。

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，首先在裂缝处设置注入用管，其他部位用表面处理法封住，使用低粘度环氧树脂注入材料，用电动泵或手动泵注入修补。

2）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，须经设计验算同意后方可进行。

5 结束语

混凝土裂缝产生的原因往往是多方面的，在具体设计、施工及后期养护方面，工程施工管理者应多观察、多比较，出现问题后多分析，结合多种预防措施，综合处治，混凝土的裂缝就可以得到有效控制，从而保证结构物的使用安全及外观质量。

【参考文献】

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[责任编辑：杨玉洁]