市政桥梁施工混凝土裂缝分析及其防治

2018-03-02姜威

城市道桥与防洪 2018年1期

姜威

（中铁十六局集团第一工程有限公司，北京市 101300）

0 引言

随着我国路桥建设的不断发展，桥梁建设也逐步进入轨道。桥梁工程施工过程中，混凝土桥梁作为一种常见的桥梁结构，虽然具有安全系数高、使用寿命长、施工方便等优点，但是在施工过程中受桥梁沉降、抗拉能力等因素的影响，容易出现一些裂缝，为保证市政桥梁施工质量，需要对混凝土裂缝进行分析，并提出相应的解决措施。

1 混凝土裂缝的种类

（1）荷载过大出现裂缝现象。主要是由以下几点因素导致：在设计施工图纸时没有针对桥梁的整体结构进行充分考虑和计算；施工过程中未按照施工要求进行操作；桥梁试用阶段对超过桥梁荷载的车辆未进行阻止；一些外在物体如车辆、船等对桥梁产生的撞击；自然因素对桥梁产生的影响等[1]。

（2）温度差异引发的裂缝。混凝土因受到温度影响而发生热胀冷缩，因此一旦混凝土内部或外部环境发生变化，则会出现裂缝现象。

（3）施工工艺不合理引发的裂缝现象。主要表现为钢筋的腐蚀现象、混凝土浇筑过程中出现的裂缝等。

2 桥梁混凝土裂缝成因分析

2.1 水泥

在进行施工材料的选择过程中，水泥的安定性要求不符合施工要求，如水泥中游离氧化钙的含量过高会引发裂缝的出现，主要是由于氧化钙在凝结时，水化速度较慢，导致混凝土凝固之后还存在水化现象，从而降低了混凝土的强度；在水泥出厂之前，由于强度不符合要求或者受潮而导致水泥质量降低，从而影响混凝土强度；水泥内碱性物质的含量较高，会使混凝土出现碱骨料反应；在进行水泥原料的采购时，选择标号较低的水泥，为增强混凝土强度需要增加水泥的使用量，则会导致混凝土收缩时间增加；选择粒径较小、空隙率大的混凝土会增加水的用量，从而增加混凝土的收缩量和收缩时间；骨料中含有一些吸水性大的材料则会增加混凝土裂缝出现的概率，从而影响混凝土强度；如果选择粒径过小的砂石，则会增加水的使用量，从而对混凝土的强度产生影响。

2.2 钢筋锈蚀

混凝土保护层的厚度不符合施工要求或者存在松散现象，则会使得空气进入到混凝土内部，降低混凝土的碱度。或者是由于一些氯化物的渗入，使得混凝土表面的氯离子含量增加，破坏混凝土表面的氧化膜，从而使得空气中的水分和氧气与混凝土内包含的钢筋材料发生反应，出现锈蚀现象，出现体积增大现象，周围区域的混凝土由于受到膨胀力而发生开裂、剥落现象，形成纵向的长裂缝。同时锈蚀现象会大大减小钢筋的有效面积，减弱钢筋与混凝土之间的裹力，从而形成裂缝。

2.3 日照

桥梁施工完成后，太阳光会对桥梁的面板和侧面进行暴晒，使得该区域的温度高于桥面其他区域，在混凝土内部形成温度差异，并且温度分布不均匀，使得混凝土内部局部区域存在较大的拉应力，一旦其超过混凝土的承受能力就会出现裂缝；温度下降所产生的裂缝、天气突变或者受到冷气流的影响，会使得混凝土内外表面的温度急剧下降，形成温度差异，从而产生裂缝；混凝土浇筑完成之后，存在的水化热反应会使得局部区域的温度上升，形成温度差异，产生裂缝；此外，完成桥面浇筑工作后，需要对混凝土进行养护，但是由于养护措施不当或者施工方式不正确，也会使得混凝土内部存在温度差异，从而产生裂缝。

2.4 收缩裂缝

桥面进行浇筑时，混凝土会从开始的流动形态转变为塑态。混凝土在浇筑过程和振捣过程中，由于受到振捣力和重力的影响，骨料会出现下沉现象，并且混凝土内部的空气也会随着振捣被挤出。骨料在下沉过程中由于受到钢筋等一些材料的阻挡，在底部出现空隙，随着时间的推移而产生裂缝、塑形干燥。桥面浇筑之后，混凝土体积会随着表面水分的不断蒸发而逐渐缩小，但是由于表面水分蒸发过快，内部水分蒸发过慢，出现收缩不均匀的现象，混凝土内部会对混凝土表面的收缩形变产生阻力，一旦其强度超过可以承受的范围，则会出现裂缝。混凝土在凝固过程中，由于水分的不断蒸发、体积变小、骨架紧密等因素的变化，混凝土的收缩量也会随着时间的不断变化而变化[2]。在混凝土成形之后，水分不断蒸发，会在混凝土的内部存在一定的湿度差异，使得混凝土内外干缩量不同，从而产生裂缝。

2.5 不均匀沉降

由于在施工之前，勘测人员对桥梁施工的位置不够确定，对现场的情况缺乏了解，使得施工之后桥梁结构存在较大的荷载差异，从而产生竖向不均匀沉降或者水平位移。此外，将桥梁基础建设于滑坡地域或者断层地带也会出现不均匀沉降现象，进而导致桥梁工程出现裂缝，如图1所示。

图1 基础变形造成的裂缝

3 混凝土裂缝防治措施

3.1 严控材料质量

水泥种类的选择和使用量与其水化热的大小有着直接的关系。水泥释放温度的速度和大小与水泥内含有的矿物质有着密切的联系。因此在进行水泥品种的选择时，尽量选择水化热较低的水泥，以水泥强度为基础，减少水泥的使用量。保证有泵输送的前提下，选择直径为5～20 mm的石子，这样能够有效降低混凝土的收缩形变量。细骨料中需要加入一定量的中砂，这样可以减少水量和水泥的使用量。并且对骨料中泥土的含量进行有效的控制，这样才能避免由于含泥量过高使得混凝土的收缩发生形变，降低混凝土的强度。在混凝土的拌合过程中，可以适当地加入一些粉煤灰来增强混凝土的密实度，提高混凝土的抗渗透能力，从而有效改善混凝土的强度，减少对水泥的使用量。此外，增加粉煤灰不仅降低了混凝土内部温度的差异，而且还可以提高混凝土的和易性。在进行混凝土的拌合过程中，可以加入一些膨胀剂，减少水泥的使用量，这样可以弱化混凝土热胀冷缩所产生的应力，保证混凝土的密实度，从而提高混凝土的强度。

3.2 钢筋锈蚀裂缝防治

钢筋绑扎完成之后，需要进行混凝土的浇筑。为更好地保证钢筋具有良好的保护层，需要在混凝土拌合时对水灰比进行严格的控制。浇筑完成后，需要借助振捣器进行振捣，排除混凝土内部存在的空气，保证混凝土的密实度和完整性[3]。此外，需要避免混凝土内部浸入有害离子，如果在施工过程中需要外加剂，要对氯离子的含量进行有效的控制。沿海地区需要密切注意腐蚀性气体和海水对桥梁的影响。

3.3 混凝土浇筑控制

进行混凝土浇筑工作之前，需要明确浇筑方式和浇筑次序，采用分层、分块的方式进行浇筑。以桥梁的体积为基础，来对混凝土的浇筑厚度、宽度进行确定，并且对浇筑前后的时间差进行控制。混凝土浇筑之后需要进行振捣，并且对振捣时间进行控制，确保混凝土的密实性和完整性，避免出现漏振或者过振现象。在振捣过程中按照快进慢出的原则避免在混凝土内部形成气泡，影响质量。当混凝土表面泛浆、平整、无气泡时，则可以停止进行振捣[4]。振捣时间过长会使得混凝土出现分层现象，粗颗粒下沉，细颗粒上浮，对混凝土的强度产生影响，从而会产生裂缝。在进行浇筑工作之前，需要科学合理地安排人员，一切按照施工计划进行操作，避免出现停工现象。如果浇筑之后出现混凝土过高的现象，则可以在浇筑完成后3～4 d内进行刮平，再借助滚筒进行碾压，最后使用木抹子进行搓平处理。

3.4 出现裂缝后的治理措施

对于缝宽大于0.2 mm的裂缝，可以使用环氧树脂胶灌浆的方法进行处理，而对于缝宽小于0.2 mm的裂缝可以使用表面封闭处理措施进行处理。在采用表面封闭法对裂缝进行处理时，使用封缝胶完全将底座之间的裂缝封闭住，缝封胶的宽度要控制在2～3 cm,涂抹厚度控制在2 mm。将封胶涂抹到胶底座位置时，使用缝封交环绕封闭注胶底座四周，封闭完成后要养护12 h以上。使用环氧浆液对裂缝进行处理时，按照从下到上的顺序顺着裂缝将注射器安装好，当注射器中胶量达不到要求时立即对注射器进行更换和补充。每间隔一定注射孔安装一个注射器。有胶从观察孔返出后将观察孔封堵住，然后压5～10 min，注射器安装示意图如图2所示。树脂初凝后，将注射器拆除。如果封缝过程中出现漏胶的情况，要立即使用快干封缝胶重新进行封闭。

当缝中浆液初凝且不再向外流动时，可以将灌浆嘴拆下，然后使用结构胶封闭住灌浆嘴。灌浆完成后，要对补强质量和补强效果进行检查，及时对出现的问题进行补救，保证灌缝质量。对于混凝土出现露筋、脱落的情况，可以使用TK聚合物砂浆进行修补，提高结构力学性能。