桥梁施工中的混凝土裂缝成因与防治

2022-09-22兰洋洋苏茜

运输经理世界 2022年2期

兰洋洋、苏茜

（1.北京路桥海威园林绿化有限公司，北京 102600；2.北京路桥瑞通养护中心有限公司，北京 102600）

0 引言

桥梁是我国交通基础设施的重要组成部分，桥梁工程中混凝土结构的施工质量将直接决定桥梁的质量和使用寿命。在实际应用中，很多桥梁会出现不同程度的混凝土裂缝问题，这会影响桥梁的使用安全性和稳定性。因此，需要采用科学规范的方法加强对混凝土裂缝的防治，有效避免混凝土裂缝问题，从而让高质量的桥梁更好地助力社会的综合发展。

1 常见的裂缝类型

1.1 沉陷缝

沉陷缝是桥梁工程中最为常见的裂缝类型之一。主要是混凝土材料应力结构分布不均匀，使得结构各部位的荷载悬殊，造成不均匀沉降，进而出现沉陷裂缝。

1.2 干缩缝

干缩缝又称为收缩缝，该类型裂缝形成的原因是混凝土体积出现变化。在混凝土第一次浇筑后，经过一段时间，其内部的较多水分会被蒸发，如果未能及时进行养护，就容易出现较多的干缩裂缝。因此，做好混凝土后期养护，能够有效防止此类裂缝出现。

1.3 温度缝

温度裂缝主要是施工过程中对温度把控不合理导致的，由于桥梁施工是在露天环境下进行的，因此混凝土会不可避免地长期受到阳光的照射，长此以往，混凝土的表体温度和内部温度必然会形成较大的差异，这种温度差异会逐渐形成温度压力，对混凝土结构造成明显的影响，进而产生温度裂缝。

1.4 应力缝

应力缝是桥梁结构受力不均匀而产生的裂缝，该类型裂缝的宽度较大，但宽度不受温度变化影响，缝隙方向与主应力方向保持垂直，且缝隙的深度较大。

2 桥梁施工中的混凝土裂缝成因

2.1 设计问题导致的裂缝

设计一直都是桥梁施工建设之重点，如设计环节存在问题极易导致桥梁混凝土裂缝的发生和出现，严重情况下还可能导致桥梁整体施工质量的下降。比如，设计方案中的精准度未能与实际情况相匹配，而桥梁施工过程涉及工程量较大，施工周期较长，实际施工过程中工程承受应力也相应提升，期间还可能因为一些外在因素而对工程设计产生影响，这都对桥梁精准度提出更高要求，而设计环节如对此问题未能予以高度重视，则可能导致混凝土裂缝产生，还可能导致桥梁使用寿命的缩减。此外，如桥梁施工过程中未能结合时代变化采用先进设计方案，也可能导致桥梁施工过程中混凝土裂缝的产生。

2.2 材料问题导致的裂缝

混凝土是桥梁工程建设中的主要材料，其质量会直接影响工程质量。如果混凝土的质量存在缺陷，会大大增加混凝土裂缝的出现概率。配合比控制不当是较为常见的混凝土质量问题，此问题会引发水化热现象，使混凝土结构内外温差过大，进而使混凝土结构在温度应力的作用下产生裂缝。

2.3 外界环境导致的裂缝

由于桥梁施工处于露天环境，而外部环境因素会极大程度地影响桥梁质量，如导致混凝土结构出现裂缝。在混凝土施工中，如果外部温度过高，就会加剧混凝土中水分蒸发的速度，从而产生干缩裂缝；温度过高也有碍混凝土水化热的散发，在温度应力的作用下，也容易使混凝土结构产生裂缝。如果外部温度过低，则会影响混凝土养护效果，特别是在低于零度的气温条件下，混凝土极易发生冻胀，最终因强度不足而产生裂缝。

2.4 钢筋锈蚀导致的裂缝

钢筋锈蚀也是造成混凝土裂缝现象的重要因素。如果钢筋混凝土的保护层厚度不足，就无法对混凝土中的钢筋形成有效的保护，导致钢筋与空气接触，加速钢筋的锈蚀速度。钢筋出现锈蚀现象后，其体积会明显增大，对周围的混凝土产生挤压，从而导致裂缝问题。

3 桥梁施工中混凝土裂缝防治

3.1 优化桥梁设计

要想有效预防桥梁工程中的混凝土裂缝问题，需要从源头解决问题，即制定科学合理的设计方案，还要不断完善和优化方案。这就需要设计人员对施工现场进行全面、细致的调查，并充分考虑各种因素，进而对设计方案进行合理的优化与深化，既要确保设计方案的可靠性，还要保证设计方案的可行性。另外，要对结构参数进行优化，确保方案中的各项数据精确无误，让设计方案能够充分指导施工实践，切实保证桥梁施工质量，降低混凝土裂缝病害的发生率。

3.2 把控材料质量

严格把控混凝土材料质量，是预防混凝土裂缝问题的有效措施之一。在具体实践中，对混凝土拌和料中的各种原材料都要进行严格的质量管控。第一，在桥梁工程中应尽量不使用早强水泥，因为混凝土的早期强度越大对混凝土的长期性能越不利。第二，要加强对水泥质量的把控力度，如果水泥存在过期、受潮等质量问题，一律不得使用。第三，不得使用氯化物含量过高的水进行混凝土拌和，否则容易导致钢筋锈蚀。

首先是线束出现间断性断路及短路，或动力电池的相关传感器偶发性故障，导致VCU整车控制电脑接收信息不准确，以至于发送错误指令到BMS，导致BMS进入电池保护模式，中断其高压电的输出。在高压电中断的情况下，12V低压蓄电池将得不到正常充电，12V蓄电池电压过低后整车故障警告灯、低压或高压电源警告灯会亮起。但经检查，12V蓄电池电压并不低，各低压线束、信号线间的插头无松动或断路，传感器检测均属正常。

3.3 监控外界环境

严格把控施工过程，是保证混凝土施工质量、预防混凝土裂缝中的关键。在混凝土施工过程中，要对混凝土材料的各项参数进行严格、精确的把控，按照实际的施工要求合理确定混凝土材料的配合比。同时，在施工过程中要关注水化热问题，及时做好振捣施工，这样不仅能提高混凝土散热效果，防止形成过大内外温差，也能有效提高混凝土的密实度。另外，要做好施工队伍管理工作，加强对施工人员的培训与监督，确保施工操作标准、规范，最大限度地规避混凝土裂缝问题。

3.4 防止钢筋锈蚀

第一，为防止钢筋锈蚀，需要在混凝土施工过程中保证混凝土的密实度，防止腐蚀性介质从孔隙中进入混凝土内部。

第二，在钢筋构件表面涂抹沥青漆、过氧乙烯漆、环氧树脂涂料等，对钢筋进行有效防护。

第三，浇筑混凝土时，需严格控制氯盐用量，且预应力、薄壁、露天结构等处禁止使用氯盐，以达到更好地防止钢筋锈蚀的目的。

第四，在钢筋表面涂刷有机层和镀锌，之后再进行混凝土浇筑，可达到较好的防钢筋锈蚀目的。

第五，在混凝土施工结束后，充分做好后期养护工作，这样可有效避免钢筋锈蚀，从而避免混凝土出现裂缝。

4 结合案例分析桥梁施工中混凝土裂缝防治

4.1 工程概述

某桥梁工程于2020年12月开工建设。按照前期设计方案，主桥结构采用3m×13m 后张法预应力混凝土T 梁设计，宽度为29.0m，采用灌注桩基础和柱式墩。结合当地其他工程经验，该工程注重对混凝土裂缝问题的防治，但施工过程中亦出现了一些问题。

4.2 工程施工中混凝土裂缝成因

4.2.1 材料质量方面的原因

水泥质量直接决定混凝土的强度。在桥梁施工中，除了要严格检查水泥标号，还要密切关注水泥体积的安定性。而水泥体积的安定性主要由熟料中的游离氧化钙、游离氧化镁等成分的含量决定。如果这些成分的含量过高，水泥就容易出现不均匀的体积变化和结构膨胀性裂缝，从而严重影响混凝土结构的质量，甚至引发工程安全事故。因此，必须加强对混凝土原材料的质量管控。

砂原料中包含砂粉、黏土、云母、淤泥等多物质，这些物质极易导致砂原料浑浊，与水泥材料黏合过程中出现黏合不佳的情况，这也会导致混凝土强度变弱，一旦混凝土搅拌过程中用水量控制不佳，则容易导致混凝土收缩，抗渗性下降问题发生。在拌和作业中，还需要严格把控粒径和颗粒级配问题。如果砂粒径过大，混合料的和易性就难以控制，进而严重影响振捣成型效果；如果砂粒径过小，则会增大混凝土混合料拌和过程中的用水量，进而导致混合料的强度较差。因此，如果砂粒径较大，应添加适量的中砂和细砂进行中和，降低材料的孔隙率、总表面积，减少水泥浆的用量等，有效增强混凝土结构的强度和密实度。碎石级配也与混凝土质量和水泥用量有直接关系。如果针片状颗粒过多，混凝土强度就会较低，这样混凝土在受力较大的情况下便容易产生裂缝。因此，应当选用强度高、棱角多、表面粗糙的碎石，提高碎石与水泥材料的黏结效果。同时，梁板浇筑中还需要做好粒径和碎石级配指标的吻合，不同碎石级配会对水泥用量和混凝土结构质量产生影响，施工过程中尽量选择强度高、棱角多、表面粗糙的碎石，做好梁板构件浇筑质量的把控。

4.2.2 施工工艺方面的原因

混凝土浇筑作业质量直接影响整个混凝土施工环节的质量。该工程在施工过程中存在混凝土拌和作业规范性不足的情况，如施工人员在混合料中加拌和用水，这会导致混合料的水灰比例增大、混凝土内部孔隙增多，容易导致混凝土结构产生裂缝。该工程在模板安装施工中选用钢管支顶施工工艺，分布筋在其中主要起到连接骨架、固定位置、承受热胀冷缩应力变化的作用。在该工程的模板安装施工中，由于施工人员对布筋的认识不足，使得水平支撑和剪力支撑有所不足，支撑效果差强人意，分布筋施工中存在一定的偏差产生，如支座负筋部位的布筋数量较少，布筋长度不足等问题。上述种种问题容易导致桥梁结构的外转角部位出现裂缝。

4.3 工程施工中混凝土裂缝防治

4.3.1 原材料方面

为有效防治混凝土裂缝问题，需要对水泥材料的质、性能进行严格规范的控制。主要是对水泥的细度、SO、烧失量、物料配比、石膏掺量、凝结时间、安定性及强度等指标进行严格把控。

第一，物料配比。为更好进行混凝土施工，防止裂缝产生，需要明晰各混凝土材料，并详细了解混凝土成分差异，依照熟料强度、化学成分、混合料活性、石膏性能等指标数据确定混凝土材料配比。

第二，水泥细度。在桥梁工程施工中，需要做好对混合料质量、配比稳定性的把控。水泥的粉磨细度越细，其表面积就会越大，拌和过程中水泥材料与水的接触面积也就越大，能够有效提升水泥水化、凝结和硬化的速度和效果。在水泥的生产制作过程中，熟料内的游离氧化钙含量越高则水泥的细度越大，其中的游离氧化钙的消解速度就会越快，便不会对混凝土的安定性造成较大影响。

第三，出磨水泥中的SO含量可以准确体现出水泥磨制中的石膏使用量，石膏在水泥凝结时间调节中发挥着关键作用，在水泥水化反应中会生成水化硫铝酸钙胶体，这种物质成分会抑制水泥的进一步水化反应。因此，若是水泥磨制中石膏的使用量较少，就无法抵消水化铝酸钙所引起的快凝现象，会导致水泥快速凝结；如果石膏的使用量过多，水泥硬化后过量的石膏还会继续与已固化的水化铝酸钙发生反应，导致水泥结构体积变大，甚至开裂。另外，要严格按照相关标准，将混凝土粗骨料的最大颗粒尺寸控制在结构截面最小尺寸的1/4 以内，且要小于钢筋最小净距的3/4。

4.3.2 施工方面

在施工操作环节，主要从模板的制作与安装、完善混凝土配比等方面做好混凝土裂缝防治工作。第一，模板的制作与安装。模板成品在刚度、强度和稳定性方面必须达标。在工程建设实践中，必须对模板的质量、性能进行科学认真的检查，确保模板的质量满足施工要求。另外，在拆模后，对大跨度梁板构件上部继续施工前，应当在梁板底部增设若干附带垫板的支顶撑。第二，完善混凝土配合比。在配合比的设计方面，应当充分考虑工地砂、石等材料的含水率，立足工程实际进行相关参数的设定。另外，为了防止混凝土在运输过程中出现和易性变差、坍塌度损失较大等问题，需要混凝土混合料以1∶1 比例加入水泥浆液，以达到混合料稳定的效果。