桥梁高性能混凝土裂缝的产生和控制

刘春晓++高山棚

【摘要】随着经济的发展，大体积混凝土在现代建筑工程中的应用越来越广泛，与此同时，大体积混凝土温度裂缝控制研究也成为大体积混凝土施工过程中的热点和难点，对此我们将桥梁的高性能混凝土裂缝产生的原因进行了分析，阐述了预防裂缝的措施和应该采用哪些新的施工工艺，使桥梁高性能混凝土尽量不出现裂缝。

【关键词】混凝土裂缝；裂缝控制；预防措施

高性能混凝土是新型高技术的混凝土，依托现代先进的技术，提高了混凝土性能，尤其是具有良好的耐久性。同时高性能混凝土体积稳定，不易干缩，具有较强的抗压强度。高性能混凝土在实际施工使用中，会出现裂缝，严重影响到了高性能混凝土的质量和耐久性，因此，在使用高性能混凝土施工时，要注意做好防范措施，有效的控制和规避裂缝，提高高性能混凝土的耐久性。

1. 高性能混凝土裂缝种类

高性能混凝土常见的裂缝类型有温度裂缝、工程结构裂缝和收缩裂缝。温度裂缝主要有两种表现形式，内部裂缝和表面裂缝。温度裂缝主要原因和热膨胀、混凝土的温度、以及降温速度有关，防止高性能混凝土裂缝的措施是降低温升、使用热膨胀系数低的加入剂、提高混凝土的抗拉强度。高性混凝土的结构裂缝根据裂缝的宽度不同可分为“宏观裂缝”和“微观裂缝”。裂缝宽度的界线为0.05mm，在工程中常见的结构裂缝有粘着裂缝、水泥石裂缝、集料裂缝[1]。性能混凝土的收缩裂缝与建筑工程中混凝土相邻部分材料的牵引力有关，邻材料会不同程度约束混凝土，混凝土在收缩时受邻材料的影响，就会产生一定的拉力，当拉力超过混凝土自己的抗拉强度时，混凝土就会出现裂缝。此外，混凝土内集料也会是混凝土产生裂缝。

2. 桥梁高性能造成的混凝土裂缝

2.1混凝土产生裂缝的原因比较复杂 ，从广义胡克定理出发求解大体积混凝土水化温度应力，并将大体积混凝土在硬化过程中的收缩变形和由于地基刚度有限性引起的应变换算为当量温差，在考虑了徐变影响后求得大体积混凝土综合温度应力的同时， 混凝土将是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料，混凝土浇筑时应测试混凝土拌和物适合模温度和环境温度，待完成全部混凝土的浇筑后，在前48h内每2h测定一次混凝土结构温度，以后每6h测定一次，当混凝土结构中心温度与表面温度差产生混凝土结构表层与环境温度差相同时小于20℃时可停止测温，由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，影响建筑物的外观、使用寿命，严重的将威胁到人民的生命、财产。

2.2高性能混凝土配制过程中掺入掺合料及各种外加剂的特点，通过水化热试验，系统地研究了单掺和复掺粉煤灰、膨胀剂和减水剂后水泥水化放热特征，详细分析了单掺和复掺粉煤灰、膨胀剂和减水剂对水泥水化温升、水化放热曲线和水化放热速率的影响，裂缝是混凝土常见的病害之一，混凝土产生的裂缝原因比较复杂，高性能的混凝土产生裂缝就会在一定程度上影响结构的使用寿命，依靠混凝土的强度来控制拆模时间，这样很容易造成混凝土的温差从而造成建筑的裂缝，在建筑中，地基的承载率设计有偏差也会造成地基在载重方面的作用下承载力下降，使梁柱地基沉陷，裂缝发生在梁体的中部，两端沉陷就会出现裂缝，这种裂缝会造成桥梁的巨大损失，使桥梁坍塌，而高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形，根据国际上目前发表的文章和研究成果，可以认为HPC是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的活性细掺料和高效外加剂的一种新型高技术混凝土。

2.3混凝土浇筑后，受周围环境的影响，容易发生变形，尤其是温度对混凝土的影响很大，混凝土受气温影响，变形过程中就容易出现裂缝。高性能混凝土出现裂缝的原因有以下几种：

（1）浇筑时温度的影响。温度对混凝土的影响是最为重要的，在建筑工程中，如果浇筑温度较高的构件时，温度过高会加速水泥水化，从而放热，就会加快混凝土的温升[2]。如果环境的温度过低，混凝土就会受气温的影响，急速的降温，从而就会产生温降收缩，这样极易导致混凝土收缩变形，导致混凝土出现裂缝。

（2）外加剂的影响。混凝土在使用时，为了弥补某种条件的缺陷，会加入一定剂量的外加剂，比如减水剂。减水剂可以有效的减少混凝土的用水量，从而提高混凝土的强度，同时还能达到节约水泥的目的。外加剂的使用，会使混凝土有一定程度的变形，同时化学反应也会影响到混凝土的性质，从而使混凝土产生裂缝。

（3）矿物掺合料的影响。矿物掺合料的加入很大程度上改善了混凝土的性质，尤其是提高了混凝土的耐久性，加强了其抗渗性。在混凝土的矿物掺合料中，经常用到的是粉煤灰，粉煤灰加入混凝土中，会发生填充效应，改善混凝土的的工作性能。高性能混凝土一般采用的是低水比，因此常常加入外加剂或者矿物掺合料，这样能够有效的防止混凝土开裂，有时为了弥补混凝土的收缩，会加入一定剂量的膨胀剂，这样就会扩大混凝土的体积，如果加入过多的外加剂，混凝土就会缺水过多，从而导致混凝土裂缝变宽，同时增到裂缝。粉煤灰掺合料可以有效的控制高性能混凝土裂缝的产生，但这需要控制粉煤灰的掺入量，只有当掺合料的掺入量控制在20%――40%时，才能起到积极的作用，如果掺入量控制不到位，就会适得其反[3]。当混凝土中加入过量的粉煤灰时，就会扩大裂缝的面积，由于过量的粉煤灰会吸收掉混凝土中的水分，这样就会加大裂缝的宽度，同时裂缝面积也会变大。矿物掺合料可以有效的抑制高性能混凝土的开裂，但是必须把握好掺入量。

（4）骨料的影响。骨料的膨胀系数可以对高性能混凝土产生影响。低热膨胀系数的骨料可以减小混凝土变形，从而降低收缩的约束力，降低混凝土开裂的敏感度。同时，碎骨料是混凝土变得粗糙，增大混凝土的粘着力，这样就提高了混凝土的抗拉强度，也就降低了混凝土的开裂程度。大颗粒骨料可以减少水泥使用量，同时降低水泥的水化热，有效的控制混凝土的温升，降低混凝土的变形约束力，但是较大颗粒的骨料会降低混凝土的抗拉强度，在使用时需要注意。

（5）水泥自身的影响。水泥品种不同就会有不同的性质，从而抗裂性质也就不同，不同规格的水泥，变形特质也不同，水泥的质量的好坏会直接导致水泥的开裂敏感度。

3. 桥梁高性能混凝土裂缝的控制

（1）高强混凝土必须是高性能混凝土，而高性能混凝土不一定非要强度高，如水工结构物，对强度要求并不高（C30左右），但对耐久性要求却很高，对此，我们将进行控制，首先我们要对原材料和施工的工艺进行控制，要选用水化热比较低的水凝，尽量满足混凝土的强度，其次，尽量减少单方混凝土的水泥用量，减少水的用量，尽量控制混凝土自身的收缩性，施工中尽量避免粗骨料下沉造成混凝土内部结构的改变，从而避免桥梁中部出现裂缝，同时在进行施工时还要掌握气候变化，特别在气温高，湿度低或风大的情况下需要采取覆盖措施减少水分蒸发，考虑徐变影响后求得大体积混凝土综合温度应力。最后，运用Matlab编写了温度场和应力求解程序。 在上述理论指导下，针对现代高性能混凝土配制过程中掺入掺合料及各种外加剂的特点，通过水化热试验，系统地研究了单掺和复掺粉煤灰和放热特征，详细单掺和复掺粉煤灰、膨胀剂和减水剂对水泥水化温升、水化放热曲线和水化放热速率的影响，通过多方面的考虑尽可能的减少桥梁出现裂缝。

（2）在建筑中一旦出现裂缝应当需要处理裂缝数量较多时，先要在裂缝位置上贴医用白胶布，再用窄毛刷沾浆沿裂缝来回涂刷封缝，使裂缝封闭，大约10分钟后，揭去胶布条，露出小缝，粘贴注浆嘴用键包严，固化后周边可能有裂口，必须反复用浆补上，以避免注浆漏浆，其产生原因既有必然性也有偶然性，必然性是指其本身的一些特性，偶然性是指人为因素造成的一些特性，要针对不同的原因采取不同的措施，对症下药，在施工过程中，从原材料的选用到施工工艺技术的改进，层层把关就会避免混凝土结构产生裂缝，保证高性能混凝土结构的安全，一般来说，要求混凝土的收缩变形、徐变变形小，弹性模量高，温度膨胀系数尽量与钢筋一致，施工时，首先用钢丝刷子将混凝土表面打毛，清除表面附着物，用水冲洗干净后充分干燥，然后用树脂充填混凝土表面的气孔，再用修补材料涂覆表面，因此，混凝土工艺要根据工程所处的环境条件，使用耐久要达到100年以上来配制，用这种混凝土减少桥梁的裂缝。

4. 桥梁高性能混凝土裂缝的预防措施

（1）在施工中将矿物掺合料代替部分水泥用量掺入混凝土中可降低工程成本，粗细骨料的用量是影响混凝土质量的重要因素粗细骨料占混凝土体积的80%左右，所以要控制砂石用量，粗集料宜用表面粗糙，质地坚硬、级配良好、空隙率小、无碱性反应，有害物质及黏土含量不得超过规定要求，细骨料宜用颗粒较粗，空隙率小、含泥量较低的中砂，虽然高性能混凝土在成本上比普通混凝土要高一些，但由于减小了截面尺寸，减轻了结构自重，降低了钢筋用量，这对自重占荷载主要部分的混凝土结构具有特别重要的意义，在混凝土的配制强度应较在一般配制强度的基础上再提高10%～20%，使设计的桥梁在设计强度的要求、抗冻融循环的要求、抗通电量的指标、顺利的灌注、混凝土的内实都能达到外美、不出裂纹，通过降低水胶比、强化水泥石与集料的界面、改善水泥水化产物、降低孔隙比、提高密实度来实现高耐久、高强度、高性能。

（2）测试混凝土中心温度的方法，在混凝土构件中埋设测温探讨，将测温探头放置在预先埋设测温探头，将测温探头放置在预先选定的位置（如混凝土集中的部位中心、混凝土表面位置）用绑丝捆绑在构件钢筋上，用塑料袋包好连接头以防水影响使用，们对结构的耐久性等要求也不断提高，这些都使得高性能混凝土的研制和应用成为必然的要求，在配合比设计过程中两次试验调整是很重要的两个阶段，要解决好两次试验调整，必需掌握三大技术关键，水灰比法则是指混凝土强度与水泥强度成正比，与水灰比成反比，要大幅度提高混凝土的耐久性，就必须减少或消除这些稳定性低的组分，特别是游离石灰，高性能道桥路面混凝土的耐久性高性能道面混凝土的主要特征是具有足够的耐久性，能够抵抗气候和环境的长期破坏作用，保证在道面的设计使用期限内，混凝士能够正常工作。

5. 结束语

随着时代的不断进步，桥梁建筑的不断施工，越来越多的混凝土裂缝出现，人们不断地追求者高质量的东西，从而用高性能的混凝土来代替混凝土本身的价值， 因此为了能配制出优良的高性能混凝土，必需热练掌握这三大技术关键，而高性能的混凝土也将成为建筑桥梁的最好工具和前景，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所接受，被认为是今后混凝土技术的发展方向。

参考文献

[1]钢筋混凝土结构设计规范.中国建筑工业出版社，1999.2.

[2]鞠丽艳. 混凝土裂缝抑制措施的研究进展.混凝土，2002. 5.