公路桥梁墩身混凝土开裂原因及预防措施分析

2018-02-18毛磊

建筑与装饰 2018年21期

毛磊

宁夏路桥工程股份有限公司宁夏银川 750001

1 公路桥梁墩身混凝土裂缝成因

作为一种多相体（固、液、气），混凝土虽然拥有极高的抗压强度和良好的耐久性，但抗拉强度较低（仅为抗压强度的1/10～1/20），且在受拉情况下抗变形能力较小，构件易产生裂缝病害。混凝土结构裂缝形成原因可分为外荷载作用、结构次应力（如弯矩及剪力）与变形变化3种形式，其中变形变化主要表现为温度（即热胀冷缩）、收缩以及不均匀沉降3种情况。据统计资料显示，在引起混凝土结构裂缝方面，变形变化因素约占80%，荷载因素约占20%。

对于变形变化引起的裂缝，又可分为温度裂缝与收缩裂缝两种形式，其中温度裂缝主要是由混凝土凝固过程中水泥水化热的释放或外界温度骤变所引起；收缩裂缝主要表现为混凝土干燥收缩与塑性收缩，此外还包括自收缩与碳化收缩。

1.1 温度裂缝

对于温度裂缝的形成，主要是由混凝土硬化初期水泥水化热的释放所引起，加之混凝土为热的不良导体，在热量集中情况下使结构内部升温明显，而外部热量可及时散发至大气中（尤其是当环境温度较低时，外部混凝土会因冷却而发生收缩），从而使混凝土结构因内外温差的形成而产生温度应力，当此应力超过该阶段混凝土抗拉强度时（实际上基本还未形成抗拉强度），便会于结构表面产生裂缝。此外，在环境温度骤降情况下（如冷空气侵袭），混凝土表面温度突然降低，而内部温度相对稳定，会产生温度梯度，同样会使混凝土结构因各部位热胀冷缩程度的不同而产生裂缝。

1.2 收缩裂缝

（1）塑性收缩。塑性收缩产生的量级可达1%，表现较大，主要发生于混凝土完成浇筑后4～5h左右，此时水泥水化反应剧烈，分子链基本形成，混凝土因水分急剧蒸发以及泌水而发生失水收缩现象，使胶合料与骨料之间发生不同程度的沉缩变形，由于此时混凝土处于塑性阶段，故而称为塑性收缩。混凝土塑性收缩裂缝主要形成于结构表面，尤其是在养护不及时或养护措施不到位时，容易产生不规则裂缝，其缝宽一般为1～2mm，间距为5～10cm，且在沉缩作用影响下，通常是沿钢筋分布。

（2）干燥收缩。干燥收缩（又称缩水收缩）主要表现在混凝土硬化以后，随着混合料内外水分的丧失，混凝土体积因自身湿度降低而减小，从而发生收缩现象。在水分丧失过程中，由于混凝土内部损失较慢，表层损失较快，故而内部收缩较小，表层收缩较大，在这种不均匀的收缩情况下，内部混凝土对表层收缩变形产生一定的约束，致使表层混凝土产生拉应力，当该拉应力增大至混凝土自身（抗拉）强度不足以承受时，便会导致收缩裂缝的产生。

1.3 约束裂缝

所谓约束条件，是指结构物在变形变化过程中，阻碍其变形的因素。对于桥梁墩身而言，混凝土变形所受约束主要来源于墩身模板和桥墩承台等边界条件，在墩身与承台混凝土浇筑时间相隔较长的情况下，承台便会对墩身混凝土的收缩形成阻碍，从而产生一定的约束力（主要表现为拉应力），当该作用力超过混凝土抗拉强度时，便会使其发生开裂现象，并且靠近于墩身中心线处多呈现为竖向裂缝；在模板约束方面，墩身混凝土浇筑初期，若模板拆除较早，混凝土握裹力的释放使其向外放张，故而在混凝土抗拉强度较低情况下容易造成开裂[1]。

2 公路桥梁墩身混凝土裂缝防治

2.1 施工材料控制

水泥。以粉煤灰水泥、矿渣硅酸盐水泥等低水化热水泥为首选。由于水泥细度模数越大、标高越高以及单位体积用量越多，混凝土收缩越大且越持久，因此可在混凝土坍落度与强度一定条件下，于混合料中掺入适量减水剂与粉煤灰，以此减少水泥用量。实践证明，通过外加剂与骨料粒径的共同控制，可有效减少混凝土水泥用量25%～30%，降低绝热温升0℃左右。

（2）集料。细集料宜选用级配良好且细度模数为2.3～3.7的中粗砂，其含量应小于3%；粗集料宜选用级配良好的大粒径骨料（不宜过大，以5～40mm为控制），且其针片状含量与含泥量应分别小于10%和1%。

（3）当桥墩混凝土所用集料具有潜在碱活性时，对于最大碱含量的控制：如若集料具有碱—硅酸盐反应活性，在潮湿与干燥环境中最大含量分别为3.0kg/m³与3.5kg/m³，并且在含碱环境中必须用非碱活性集料；如若集料具有碱—碳酸盐反应活性，则须以非碱活性集料为选择。