沿海地区桥墩裂缝产生的原因与控制措施

2022-11-20郭大志

交通世界 2022年26期

郭大志

（香河县公路管理站，河北香河 065400）

0 引言

沿海地区公路桥墩出现裂缝的主要原因是沿海地区的地表水中富含多种离子，这些离子接触桥墩后会对混凝土桥墩进行侵蚀，从而导致桥墩裂缝出现。在施工过程中，对于裂缝的出现如果不采取有效的预防和控制措施，将会直接影响公路桥梁的使用寿命。因此，在沿海地区氯盐侵蚀环境下应重视桥墩裂缝现象，明确裂缝出现的原因，并积极采取措施，从而保证公路桥梁的安全性，减少早期病害的出现，延长桥梁使用寿命。

1 沿海地区桥墩裂缝种类

1.1 混凝土表面龟裂

个别沿海地区桥墩在拆模数日后，表面出现小于0.2mm的不规则裂缝，称之为龟裂。该种裂缝在桥梁墩身最为常见。裂缝长度不等，深度较浅，裂缝面积大。由于裂缝面积大，易进入雨水，在寒冷地区使混凝土产生冻融膨胀应力，导致墩身混凝土酥碎、裂缝、剥落，降低混凝土的耐久性。

1.2 纵向贯穿整个墩身的深层裂缝

纵向贯穿整个墩身的深层裂缝常在墩身拆模后1～10d内，在桥墩两侧对称出现，裂缝宽0.2mm以上，深度在lOcm以上，甚至穿透整个墩身。由于裂缝宽度大，深度深，对桥墩结构安全影响最大。—旦出现该裂缝，裂缝长度、宽度、深度将会不断增加，经专业人员验算不影响整体结构受力后，方可进行修补。如裂缝宽度、深度不断发展，已影响到墩身整体结构受力，则应及时进行爆破、拆除返工处理。

1.3 沿墩身护面钢筋出现的纵向、环向裂缝

该种裂缝只出现在墩身护面钢筋外侧，缝宽0.2mm以上，长度不等，裂缝深度与钢筋保护层厚度有关。该种裂缝形成原因单一，容易控制，在桥梁墩身出现较少。而一旦出现，如不及时进行处理，会造成钢筋锈蚀，使混凝土与钢筋失去握裹力，影响钢筋混凝土的耐久性。

2 沿海地区桥墩裂缝成因

2.1 镁盐及硫酸盐侵蚀

水泥是公路桥墩的主要原材料之一，其中的氢氧化钙会与海水中镁盐或硫酸盐反应，生成不利于桥墩结构的物质，生成的物质主要有以下几种：①氢氧化镁，这种物质极为松软，严重破坏水泥结构，增加了桥墩出现裂缝的可能性；②钙矾石，这种物质为针状结晶体，处于海水中的桥墩内部产生这种结晶会造成混凝土膨胀开裂；③硅酸镁水化物，这类水化物会与混凝土发生取代反应，影响混凝土的强度，导致混凝土表面裂缝的概率升高。

2.2 微生物腐蚀

海水中含有多种微生物，这些微生物也会引发桥墩裂缝。海水中腐蚀桥墩的微生物有以下几种：①海水中的硫杆菌会将含硫元素的化学物质转换为硫酸盐，最终生成具有强腐蚀性的硫酸；②海水流动与波浪对桥墩的磨损与冲刷会破坏桥墩表面的保护层，使得海水中的微生物容易影响桥墩结构内部。

2.3 盐类结晶压力

由于混凝土结构为非均质结构，内部形成的毛细孔在海水环境中为盐分结晶提供了通道。海水含盐量极高，当盐类在混凝土毛细孔结晶会向混凝土释放压力，严重时会造成混凝土开裂甚至从表皮脱落。受混凝土毛细作用影响，海水会沿桥墩向上蔓延，最终蒸发形成结晶。除此之外，混凝土振捣不密实，出现孔洞以及混凝土表面不平整也是盐类在桥墩处结晶的主要原因，因此施工过程中混凝土振捣不密实、表面平整度不够也是桥墩裂缝的形成因素。

2.4 钢筋锈蚀

氯离子对钢筋的锈蚀影响极大。河北唐山地处沿海地区，沿线水系丰富，标段内所有河流均与海水贯通，一些桥墩长期处于氯离子丰富的海水浸泡中。与此同时，水泥中的氧化钙与水反应会使钢筋表面形成钝化膜，氯离子聚集在钝化膜周围使附近海水呈酸性，加速钢筋锈蚀。钢筋锈蚀使钢筋的体积增大，包裹在钢筋外侧的混凝土受到挤压，最终导致桥墩表面出现裂缝。

2.5 气候条件

唐山市年均气温11℃，年降水量636mm，四季分明。夏季高温会加速海水对桥墩的腐蚀作用，使钢筋钝化反应时间缩短，极容易造成桥墩裂缝。某些桥墩长期处于海水中，海水的保温效果使桥墩所处环境温度较高，为各类腐蚀反应发生创造了条件，且反应速度较快，导致沿海地区桥墩受海水腐蚀更加严重，出现裂缝的概率也相对较高，尤其在潮汐侵袭磨蚀环境下，由于反复干湿的物理作用，混凝土表面结晶积累加剧，在冬季低温环境下混凝土表面易脱皮掉块，也极易造成桥墩裂缝。

3 桥墩裂缝控制措施

3.1 提高混凝土抗腐蚀能力

混凝土包裹在钢筋外部，可作为钢筋结构的保护层，因此混凝土的抗腐蚀能力就代表钢筋的抗锈蚀能力。为提高混凝土的抗腐蚀能力，河北唐山沿海地区桥墩建设应遵循以下原则：在混凝土表面喷涂无机溶胶型渗透结晶材料，对混凝土表面充分清理，干燥后喷涂，至少两遍，喷涂均匀，喷涂标准为不少于0.1kg/m2，保证涂刷厚度满足海水氯盐等侵蚀环境下建设桥墩的抗腐蚀性要求。

无机溶胶型渗透结晶材料不同于普通水性溶液，是由超细粒子在分散介质中分散形成，有明显的分界面，且超细粒子具有刚性，是一种自动修补防水涂料，喷涂后混凝土表面会产生一些白色物质，其疏水性大于亲水性，通过混凝土毛细管在潮湿环境下形成不溶于水的结晶，形成一道抗渗性能好的保护层，并且在后期成型遇水后会产生二次结晶现象。无机溶胶型渗透结晶材料相较于传统保护层材料渗透性强，防水效果良好，有自动修复微小裂纹等缺陷的功能，并有耐碱的性能，且无毒、无污染，施工方便快捷，绿色环保，更能满足目前公路行业对桥墩质量的要求。

3.2 选择抗腐蚀能力强的水泥

水泥作为混凝土的主要组成部分，在选择水泥时应将抗腐蚀能力作为选择标准。具有高抗腐蚀能力的水泥具有以下特点，可作为水泥抗腐蚀性能力评判标准。第一，高抗腐蚀能力的水泥一般为普通硅酸盐水泥或其他耐腐蚀水泥，这类水泥相较于快硬硅酸盐水泥抗腐蚀能力更强，可使混凝土的性能与桥墩质量要求相符，控制出现裂缝的概率。第二，水泥中含有活性成分，掺有高炉矿渣、火山灰、粉煤灰、硅藻土等活性熟料的水泥可起到保护桥墩的作用，将海水中的腐蚀性离子阻隔在桥墩以外，桥墩内部不发生腐蚀，出现裂缝的可能性自然下降。

3.3 提高混凝土保护层厚度

混凝土在侵蚀环境下，为防止混凝土内钢筋锈蚀，可适当提高混凝土保护层厚度，如某桥梁桩基净保护层厚度不小于75mm，墩台混凝土净保护层厚度不小于65mm，实际施工中各部位保护层垫块一般较设计尺寸增加5～10mm，以延缓海水侵蚀速度，为一种比较直接的防护措施。

3.4 优化配合比

混凝土配合比设计是混凝土结构的基础，也是决定混凝土结构强度及耐久性的重要环节。项目进场后，通过材料选型、试配、检验等，结合相关资料以及调查分析，确定最优配合比，且掺入适量的粉煤灰等矿物掺合料，改善混凝土性能。配合比根据原材料变化及时调整，确保混凝土性能优良、强度和耐久性满足要求。

3.5 控制坍落度

严格控制混凝土坍落度，要求监理与施工单位试验人员共同对混凝土坍落度进行测试并记录。对坍落度大于规范要求的混凝土直接按报废处理，并要求施工单位改进施工工艺，核实振捣人员的上岗证，施工过程中实施全程旁站监理，要求施工操作人员将混凝土振捣到位。

3.6 提高混凝土养护施工质量

在沿海地区受季风影响，桥墩容易出现裂缝。由于混凝土强度不足，托盘顶帽等异型模板位置偏差调整影响下部混凝土结构也极易造成裂缝出现。该桥墩工程在混凝土施工过程中，严格执行“三检”制度，强化施工管理，控制混凝土入模温度，夏季选择在夜间气温较低时浇筑，结合同条件试件养护记录，严格控制拆模时间，墩台立面包裹设两层聚乙烯膜，里层保水锁水，外层防风等封闭措施，重点加固迎风面和背风面，即桥墩弧形位置或结构物凸起位置，平面位置采用土工布，保证混凝土养护到位，防止因大风天气混凝土表面收缩过快出现干缩裂纹。

3.7 外露钢筋头处理及钢筋材料防护

异形墩台一般多采用小型钢模拼装，常用钢筋作为拉杆，施工中需对钢筋头外露部分进行防腐处理，防止钢筋锈蚀后混凝土产生裂缝，在实际操作中，首先将外露钢筋头打磨平整，表面清理干净，其次利用模具，模具与拉杆中心重合，在孔洞内涂刷聚氨酯防水涂料，涂刷厚度不小于1.5mm，涂刷均匀，保证施工质量。

沿海地区由于湿润气候及环境原因，钢筋原材料、成品或半成品存放不当表面极易锈蚀，且钢筋除锈不彻底，铁锈膨胀可造成混凝土保护层破裂，降低钢筋与混凝土握裹力及结构耐久性。项目在施工中，钢筋材料集中存放在半封闭式加工棚内，加工棚应通风良好，上部严禁覆盖杂物，且控制材料进场数量及加工数量，钢筋加工满足施工进度即可，减少材料的存放时间，降低钢筋锈蚀风险。

3.8 选用耐腐蚀性钢材和涂刷防水保护层

在公路桥墩设计中，桥墩预埋件多与结构钢筋连接形成整体。预埋件与混凝土黏结不好易出现缝隙。为防止此类现象出现，首先应选择耐腐蚀性强的钢材。与此同时，在预埋件周边混凝土表面涂刷环氧树脂、聚氨酯等，此类材料具有极强的防腐性、防水性。

3.9 埋设电子元器件

在墩身混凝土中埋设温度传感器、温度应力测试元件。对混凝土拌和温度、浇筑温度、入模温度、室外温度进行测定和记录。留置混凝土同条件养护试件，通过电子元器件监测混凝土内部温度，确保混凝土内部温度在浇筑完成后72h后不再升高，趋于稳定，120h左右开始下降。

3.10 拆模

要求施工单位事先做好拆模准备工作，尽量缩短拆模时间。墩身混凝土拆模后即进行三层包裹养护：塑料薄膜、棉布、厚塑料布，起到了使混凝土表面与室外隔离的作用，表面温度变化不会太大，从而降低热胀冷缩对混凝土表面的影响。托盘、顶帽混凝土采用棉布覆盖，定时进行浇水养护，养护时间不得少于28d。这样既保证了托盘、墩身混凝土内部水分不易流失，又能及时对混凝土进行养护。