混凝土裂缝防治技术在道路桥梁施工中的运用

金智军

南通路桥工程有限公司 江苏南通 226000

在混凝土施工期间常出现由混凝土干缩、地基不均匀沉降等问题引发的裂缝，严重影响混凝土结构的各项力学性能。为降低混凝土裂缝问题的发生概率，需要细致分析裂缝产生原因，制定专项可行的裂缝问题防御对策。

1 道路桥梁工程混凝土裂缝问题原因

1.1 温度原因

在混凝土浇筑完毕后，水泥会产生水化热反应，导致混凝土内部温度升高。混凝土表面和内部的温差较大，受到的热胀冷缩程度不同，会产生一定的拉应力。在表面的拉应力超过混凝土自身的抗拉强度时，会使混凝土结构出现温度裂缝。

1.2 应力原因

在实际施工期间，混凝土相对湿度会在水泥水化作用的反应下逐步缩减，导致毛细孔内的水分不饱和并产生压力差。压力差为负值会使混凝土结构出现收缩情况。具备较低水灰比的高强度混凝土为水泥水化热反应提供的自由水含量较少，在混凝土结构早期发展期间，水泥的水化反应会不断消耗混凝土内部水分，导致混凝土结构过于干燥并产生原始裂缝。混凝土结构收缩应力主要与混凝土材料水灰比、细掺料活性、水泥细度等存在密切关联。

1.3 水分原因

混凝土结构施工过程中，干缩裂缝通常出现在混凝土养护结束后的一段时间或混凝土浇筑完毕一周左右。干缩裂缝主要由混凝土内外水分蒸发程度不同而引起，具有不可逆特征。混凝土受外部环境影响较大，表面水分蒸发速度较快，内部湿度变化较小，从而会出现干缩裂缝问题。

干缩裂缝表面呈现平行线或网格状细裂缝形态，宽度约为0.05～0.20 mm，在大面积混凝土中部较为常见。干缩裂缝会直接影响混凝土结构的抗渗性能、混凝土承载力。干缩裂缝问题的原因与水泥成分、水泥用量、集料性质存在密切关联。

1.4 沉降原因

混凝土结构地基土质不匀、松软、压实度不够或地基浸水会造成地基不均匀沉降，引发沉陷裂缝问题。模板刚度不够、支撑间距过大或支撑底部松动也会导致沉降裂缝。沉降裂缝多为贯穿性裂缝，与地面垂直或呈30°～45°发展。较大的沉降裂缝常存在一定的错位，裂缝的宽度与沉降量成正比，即沉降量越大裂缝宽度越宽。

2 混凝土裂缝预防对策

2.1 明确混凝土施工管控重点

通过控制混凝土结构塑性收缩与干燥收缩，增强混凝土结构自身的极限抗拉强度。采用合理措施减少混凝土收缩期间的约束力，不断优化混凝土结构配比。加强混凝土施工期间的管控力度，最大限度提升混凝土材料拌和均匀。

2.2 优化混凝土配比

在混凝土内部适当掺入能够控制水化热现象的矿物掺合料。在保障混凝土整体施工质量的前提下，减少混凝土凝胶材料的用量。精准计算混凝土结构水胶比、塌落度，使混凝土塑性收缩与长期干缩问题得到缓解。在混凝土材料中适当加入对材料各类性能影响较小的纤维物质，增强混凝土自身结构的极限抗拉强度。

2.3 提高混凝土材料的均匀性

提高混凝土材料的均匀性能够有效控制混凝土裂缝问题发生概率。在混凝土材料拌合期间，加入适当的掺和料，增强混凝土结构自身的保水性能。做好混凝土材料配置与搅拌管控工作，切实提升混凝土结构的韧度与强度。

2.4 做好混凝土养护工作

混凝土养护工作会直接影响混凝土裂缝开裂的控制效果，施工人员需要在原有基础上加强混凝土结构的早期控制力度，在混凝土表面适当喷涂养护剂。结合施工现场环境因素，对混凝土表面进行适当的保湿与保温处理，避免混凝土表面与内部温度差异较大。

进行混凝土结构养护工作时，需要确保混凝土始终处于潮湿状态，使水化作用能够达到最大速度。不同养护与维护手段可以使混凝土结构抗裂能力得到进一步改善，从根本上提升混凝土后期使用期间的力学性能。

2.5 延长混凝土结构拆模时间

在混凝土结构施工期间，避免周围温度较低。在气温小于10℃的情况下，对混凝土梁体进行保温与养护，最大限度降低温度裂缝的发生概率。模板本身具备保温、保湿的养护作用，适当延长混凝土结构拆模时间，避免混凝土内部温度与外部温度差值较大，增强混凝土结构抗拉强度及抵抗应力。综合现场施工经验，现浇混凝土结构带模养护5d 后再拆模，梁体结构与外部温度基本可以保持平衡状态，从根本上管控早期裂缝的发生概率。

2.6 采用合理方式控制外部及内部约束力

预制梁施工过程中，在拆模时间约为24～36h 的情况下，需要配合采用释放基底台座为约束力的方式，确保梁体结构能够在正常条件下自由收缩。在基底底座上部铺设滑动层可以有效解除外部约束力。

混凝土内部约束力主要由水泥浆及钢筋约束作用产生，需要选择收缩性较小的混凝土配合比，增强混凝土材料自身的和易性、保水性与整体性。混凝土梁体结构应当振动密实，可以通过配合使用各类振动装置，增加结构整体的匀质密实强度。

3 道路桥梁工程施工中混凝土裂缝防治技术的应用案例

3.1 道路桥梁工程混凝土施工概况

本文以某地一道路桥梁工程为例，桥梁全长340 m，梁体主要为预应力混凝土变截面连续箱梁结构，箱梁宽度为13.5 m，两侧翼缘宽度为2.0 m。箱体为三箱四室结构，混凝土强度等级为C50。

依照设计要求规定，梁体结构采用三次浇注，混凝土最大的一次浇筑量应控制在3000m3，浇筑长度应控制在152 m。支架采用全满堂支架结构，在桥梁预应力施工完成后统一拆除支架。混凝土浇筑环节采用泵送方式。桥梁箱室设计底板宽度为2.37 m，混凝土浇筑期间需要着重避免离析问题出现。为了从根本上增强混凝土结构强度与流动性，水泥用量较大，在凝结期间会释放大量热量，导致混凝土结构出现开裂问题。

在改善混凝土性能过程中，为最大限度控制水泥用量，增强混凝土结构的可泵送性，需要在混凝土内掺入粉煤灰，导致混凝土结构强度与耐久性下降。

桥梁工程量体全长152 m，在混凝土施工期间出现收缩变形量较大现象。浇筑环节已经处于深秋，昼夜温度差异较大，混凝土的伸缩量增大，在未拆模的情况下，混凝土结构极易受模型限制而出现开裂问题。

3.2 混凝土裂缝问题出现原因

（1）混凝土桥梁工程在常规静载与动载应力的情况下出现裂缝。这些裂缝主要集中在受拉区与受剪区，可以分为直接应力裂缝与次应力裂缝。直接应力裂缝主要是受到外荷载力影响出现的裂缝。如施工期间没有依照严格的施工现场管理规范堆放施工机械、没有充分了解连续桥梁结构受力特征、在桥梁处随意堆放施工材料以及起吊机械设备均会造成直接应力裂缝。次应力裂缝主要由外荷载引起的次生应力裂缝。该裂缝产生的原因主要为连续箱梁施工期间模板拆除时间过早或过晚、预留应力张拉工作槽设置不合理、仅采用经验方式计算结构受力规格。长跨预应力连续桥梁截面内力需要截断钢束、设置锚头，常在锚头周边出现裂缝。如果没有对此裂缝进行及时处理，会严重影响桥梁整体荷载力。

（2）混凝土结构具有热胀冷缩的物理性能。在外部环境及结构内部温度差异较大的情况下，混凝土结构将出现变形问题，在结构内产生较大应力。应力超过混凝土本身的抗拉强度会产生温度裂缝。温度裂缝出现原因主要有混凝土凝结期间的水化热反应、气候变化引发的内外温度差异较大、冬季施工维护不当。

（3）收缩裂缝可以分为塑性收缩裂缝与缩水收缩裂缝。塑性收缩裂缝主要在混凝土结构施工过程中产生，浇筑4～5h 后，水泥水化热反应剧烈，形成分子链，混凝土结构出现泌水及水分急剧蒸发问题。由于混凝土失水情况较为严重，骨料下降，混凝土尚未硬化会出现塑性收缩情况。缩水收缩裂缝是在混凝土结构硬结后，混凝土表面水分逐步蒸发、湿度进一步降低，实际体积减小产生的裂缝。混凝土表面水分损失过宽、表面收缩较大、内部收缩不均匀，表面收缩力会受到混凝土自身的约束力影响，使混凝土结构表面在无法承受拉力的情况下出现裂缝问题。

3.3 混凝土裂缝专项防治对策

（1）结合道路桥梁工程实际建设要求，使用普通硅酸盐水泥，加入弹模量较高的破碎岩、一级粉煤灰以及高效硫化剂。

（2）加强混凝土施工期间的组织管控力度，针对混凝土施工全过程制定出专项可行的质量保障体系。加强施工人员及施工团队的责任意识，构建一支高素质施工队伍。

（3）在钢筋进场后，将钢筋放置在钢筋大棚或下垫上盖，避免钢筋受雨水侵蚀影响。严格遵照施工要求布设钢筋间距，切实增强桥梁混凝土结构性能。

（4）在混凝土强度没有达到设计强度的90%时，不可以在桥面上堆放机械设备及施工材料。在翼缘板悬臂结构的混凝土强度等级达到100%的情况下，才可以拆除底板支撑模板。

（5）为避免混凝土结构出现表面干缩裂缝，混凝土浇筑完毕后，顶板混凝土收面时需要进行多次的搓平与抹压处理，以便有效控制混凝土结构早期收缩裂缝出现。

（6）面对箱室结构模板拆除后的温度较高的情况，应进行洒水养护。两侧模板拆除后，需要时用塑料薄膜包裹并进行全面洒水处理。在顶板混凝土凝固后，及时采用土工布或者麻布进行覆盖，定期洒水养护，养护时间不少于7d。

4 结语

为了从根本上提升道路桥梁工程混凝土结构力学性能，延长道路全生命周期，需要将工作重点放置在找寻裂缝问题发生原因，制定专项可行裂缝预防方案中，不断优化裂缝防治方案，做好混凝土实际养护工作。