王亞輝

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，河北 唐山 063000）

由于橋梁工程混凝土施工環(huán)節(jié)中常見的質(zhì)量問題就是混凝土裂縫，混凝土裂縫極大地降低了橋梁的質(zhì)量和安全性能。因此，只有了解橋梁工程混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，才能夠有針對性地預(yù)防裂縫問題，并提高橋梁施工質(zhì)量，減少由混凝土裂縫問題造成的不良影響。

1 橋梁工程出現(xiàn)混凝土裂縫的類型和原因

1.1 溫脹裂縫

（1）特征及判別方法?？刹捎勉@芯機(jī)鉆取裂縫處的混凝土，取出混凝土芯樣掰開斷裂處進(jìn)行觀察，如果裂縫穿過的粗骨料（石子）斷裂，說明混凝土形變應(yīng)力很大足以將石子劈裂，而只有溫脹才能產(chǎn)生這么大的應(yīng)力，由此判定為溫脹裂縫。如果當(dāng)裂縫繞過石子或沿石子表面斷裂，而石子并沒有發(fā)生斷裂，說明該應(yīng)力并不是很大，則該裂縫通常是干縮造成的。

（2）產(chǎn)生原因分析。①混凝土的體量。橋梁工程墩柱承臺往往結(jié)構(gòu)尺寸較大，屬于大體積混凝土，此外，橋箱梁的設(shè)計強(qiáng)度等級通常為C50，強(qiáng)度等級較高，相應(yīng)的水化熱較大，如果箱梁中在與墩柱銜接的橫梁部位最小尺寸大于1m，可判定其為大體積混凝土。由于混凝土內(nèi)部的水化熱不斷積聚，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度急劇增高，產(chǎn)生熱膨脹應(yīng)力，或由于混凝土內(nèi)外溫差過大，內(nèi)外熱膨脹程度不同產(chǎn)生約束應(yīng)力，當(dāng)熱膨脹應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度則會引起貫穿混凝土斷面的溫度裂縫，易發(fā)生溫脹裂縫。因此，混凝土體量大是造成溫度裂縫的主要因素之一，它會直接導(dǎo)致水化熱總量高和混凝土內(nèi)熱傳遞困難導(dǎo)致內(nèi)外溫差?；炷恋捏w量越大，潛在的溫差和約束程度也越大，發(fā)生溫度裂縫的概率越大。因而大體積混凝土最易發(fā)生溫脹裂縫。②水泥的品種和用量。硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥，早期水化激烈程度依次降低，混凝土內(nèi)中心溫度越低，熱膨脹程度越?。凰嘤昧吭酱?，水化熱越高，混凝土內(nèi)中心溫度越高，熱膨脹程度越大。③摻和料的品質(zhì)和取代量。摻和料的活性越低，摻量越大，早期水化激烈程度越低，混凝土內(nèi)中心溫度越低，熱膨脹程度越小，但強(qiáng)度下降較大。④外加劑的品種和取代量。緩凝劑的品種不同則調(diào)凝性能的差異也較大。緩凝劑可有效降低早期水化激烈程度，延緩凝結(jié)時間，而摻量過大則會導(dǎo)致不凝，使強(qiáng)度下降較大。⑤混凝土澆注（入模）溫度?；炷翝沧ⅲㄈ肽＃囟仁艹鰴C(jī)溫度、環(huán)境溫度及澆筑時間等因素影響較大?；炷翝沧ⅲㄈ肽＃囟仍礁?，硬化混凝土內(nèi)部溫度越高，熱膨脹程度越大，越易發(fā)生溫度裂縫。⑥養(yǎng)護(hù)方法。對于易發(fā)生溫度裂縫的大體積混凝土，如果保溫養(yǎng)護(hù)不當(dāng)、內(nèi)外溫差較大易產(chǎn)生溫度裂縫。一般內(nèi)外溫差不宜大于25℃。

1.2 塑性收縮裂縫

（1）特征及判別方法。①塑性收縮裂縫通常發(fā)生在新澆筑的地面、路面、樓板、橋板等的裸露面積較大的混凝土構(gòu)體表面。②塑性收縮裂縫一般在混凝土終凝前發(fā)生，即在塑性階段產(chǎn)生，并且在養(yǎng)護(hù)開始前發(fā)生。③塑性收裂縫表現(xiàn)為由表及里、深度較淺、裂縫較寬，且開裂多而無規(guī)律性，多呈現(xiàn)龜裂紋，且裂紋隨收縮的加大會繼續(xù)發(fā)展。

（2）產(chǎn)生原因。在環(huán)境的濕度低、溫度高和風(fēng)的作用下，加之保濕養(yǎng)護(hù)不夠，新澆筑的混凝土表面水分會迅速蒸發(fā)脫水形成干殼，而內(nèi)部還未凝結(jié)。當(dāng)新澆筑的混凝土表面水分蒸發(fā)速度大于泌水補(bǔ)給速度，表里會產(chǎn)生較大的體積收縮差異，從而使表面收縮大于內(nèi)部收縮，此時混凝土表面產(chǎn)生收縮并受到下層混凝土的約束，導(dǎo)致在已經(jīng)變得干稠凝固但又使軟弱的塑性混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，造成混凝土表面生成淺的、伸向各個方向的短裂縫，開裂多而無規(guī)律性，多呈龜裂紋，且一般表面裂縫比較寬。

（3）影響因素。①用水量、水膠比和坍落度。新拌混凝土生產(chǎn)控制不當(dāng)或施工現(xiàn)場任意加水，導(dǎo)致用水量和水膠比超標(biāo)、入模坍落度過大，加大了表面干縮。②振搗程度。振搗過度導(dǎo)致混凝土表面泌水、泌漿嚴(yán)重，加大了表層水膠比，加快了表面干縮的速度。③氣候環(huán)境。澆筑環(huán)境溫度高、環(huán)境干燥、濕度低、風(fēng)速大、蒸發(fā)量大，尤其是在炎熱夏季和大風(fēng)天氣。春、秋多風(fēng)，風(fēng)大季節(jié)為北方地區(qū)梁和板狀結(jié)構(gòu)早期裂縫的多發(fā)期。高溫、干燥及大風(fēng)天施工，如不對板狀結(jié)構(gòu)采取有效措施，則裂縫多且寬；而陰天、小雨天施工的板狀結(jié)構(gòu)早期裂縫極少。早上、中午施工，如不對板狀結(jié)構(gòu)采取有效措施，則裂縫多且寬；而下午、晚上施工的板狀結(jié)構(gòu)早期裂縫極少。④養(yǎng)護(hù)。保濕養(yǎng)護(hù)不及時、不到位。⑤看護(hù)和后期處理?？醋o(hù)不到位，裂縫發(fā)現(xiàn)晚，凝結(jié)前的二次處理不到位、不得當(dāng)。⑥凝結(jié)時間。凝結(jié)時間的長短并不能直接導(dǎo)致塑性收縮裂縫，但凝結(jié)時間過長會使混凝土的塑性階段延長，如果保濕養(yǎng)護(hù)不到位很容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

1.3 干燥收縮裂縫

（1）特征及判別方法。①干燥收縮裂縫普遍發(fā)生在各種混凝土構(gòu)體內(nèi)部。②干燥收縮裂縫的產(chǎn)生貫穿于混凝土凝結(jié)水化的全過程，通常在終凝后明顯出現(xiàn)，并且會隨著水化進(jìn)程而繼續(xù)擴(kuò)大延伸。③干燥收縮裂縫通常表現(xiàn)為沿斷面較規(guī)則的裂縫、尺寸形狀變化處和交界處不規(guī)則的裂縫，嚴(yán)重時會出現(xiàn)貫穿性裂縫。

（2）產(chǎn)生原因。①水泥水化反應(yīng)導(dǎo)致混凝土體積收縮。水參與化學(xué)反應(yīng)，水泥水化反應(yīng)消耗一定的水，各種礦物水化反應(yīng)所消耗的水量也不同，根據(jù)各反應(yīng)方程式得到反應(yīng)耗水量：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。試驗結(jié)果表明，各種礦物的減縮作用順序為C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。此外，水化反應(yīng)形成的化學(xué)結(jié)合水（即強(qiáng)結(jié)晶水）的質(zhì)量約為水泥質(zhì)量的23%左右，而這水的比容只有0.73cm3/g。化學(xué)結(jié)合水的比容比自由水的小，是水泥水化過程中體積減縮的主要原因。②如果由混凝土中的水泥水化反應(yīng)和水分蒸發(fā)散失而導(dǎo)致混凝土體積收縮，混凝土內(nèi)部就會產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力隨著收縮量的增加而不斷增加以致超過混凝土此時的抗拉強(qiáng)度時，混凝土便會出現(xiàn)裂縫。③混凝土的干燥過程是從外部向內(nèi)部延續(xù)的，干燥的過程從混凝土表面一點點向內(nèi)部擴(kuò)張，故混凝土含水量是由外至內(nèi)成梯度變化的。在外側(cè)的混凝土收縮力度就比較大，內(nèi)測的收縮力度就比較小，這種不均勻的混凝土收縮現(xiàn)象，造成了內(nèi)外應(yīng)力差異，進(jìn)而引發(fā)外拉內(nèi)張的趨勢。當(dāng)混凝土表面承受的拉力超過規(guī)定抗拉強(qiáng)度后，就會導(dǎo)致混凝土變形，出現(xiàn)裂縫。如果混凝土構(gòu)體內(nèi)部不因脫水不同而在各層次間引起干縮差異，則截面尺寸較小的構(gòu)體近表層的脫水干縮就將起主導(dǎo)作用并導(dǎo)致整個構(gòu)件出現(xiàn)較大干縮；隨著截面尺寸增大，內(nèi)部少脫水、不脫水的區(qū)域逐漸增大，影響到整個構(gòu)件，這是因干縮減小而導(dǎo)致的不可視裂縫。

（3）影響因素。①水泥的礦物組成、活性及用量。各種礦物的減縮作用順序為C3A＞C4AF＞C3S＞C2S，故使用C3A含量高的水泥產(chǎn)生干燥收縮的概率增大。硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥，早期水化激烈程度依次降低，早期收縮依次降低，早強(qiáng)型水泥比非早強(qiáng)型水泥水化激烈程度高，早期收縮越大；水泥細(xì)度越小，活性越高，早期水化程度越激烈，早期強(qiáng)度越高，產(chǎn)生干燥收縮的概率增大；水泥用量越大，早期水化越激烈，其收縮隨之加大，越容易出現(xiàn)裂縫。②漿骨比?；炷翝{骨比越高，混凝土干燥收縮越大，產(chǎn)生干燥收縮的概率越大。③水膠比?；炷了z比越高，特別是二次加水，混凝土干燥收縮越大，產(chǎn)生干燥收縮的概率越大。④水化程度。早期水化程度越激烈，早期強(qiáng)度越高，所配制的混凝土干燥收縮越大，產(chǎn)生干燥收縮的概率增大；反之當(dāng)保濕養(yǎng)護(hù)做得不夠，水分蒸發(fā)散失較快，干燥收縮較大時，如果早期水化程度越低，強(qiáng)度增長越緩慢，抵抗因干燥收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力的能力越差，則產(chǎn)生干燥收縮的概率越大。⑤氣候環(huán)境。環(huán)境溫度高、風(fēng)速大、濕度低，加之保濕養(yǎng)護(hù)不到位，水分蒸發(fā)散失量增大，產(chǎn)生干燥收縮的概率越大。⑥工程結(jié)構(gòu)的裸露程度（形狀尺寸）。工程結(jié)構(gòu)的裸露程度越大，水分蒸發(fā)面越大，越易受環(huán)境溫濕度、蒸發(fā)量的影響，而水分散失量越大，混凝土干燥收縮越大，產(chǎn)生干燥收縮的概率越大。⑦結(jié)構(gòu)體形狀尺寸。對于長、大的構(gòu)體（如較長、較大的樓板等），如不合理設(shè)置后澆帶以補(bǔ)償收縮，則會引發(fā)貫穿斷面的干縮裂縫。形狀尺寸變化處的結(jié)構(gòu)體由于應(yīng)力集中導(dǎo)致收縮應(yīng)力較其他部位大，易引發(fā)裂縫。⑧養(yǎng)護(hù)。保濕養(yǎng)護(hù)對避免和減少干縮裂縫至關(guān)重要。如果保濕養(yǎng)護(hù)不到位，則會導(dǎo)致混凝土水分散失過快從而會產(chǎn)生干縮裂縫。

1.4 外力引起的裂縫

（1）特征。①梁、板部位的混凝土構(gòu)體遭到上部荷載而出現(xiàn)的裂縫一般表現(xiàn)為由下表面向內(nèi)部開裂，下部裂縫較內(nèi)部或上部寬。②臨近終凝和凝固后的混凝土因受外力而產(chǎn)生的裂縫不會愈合，并且會隨著水化和干縮會有所發(fā)展，危害性較大。③混凝土在施工期間承受荷載遠(yuǎn)比結(jié)構(gòu)使用期間的荷載更為嚴(yán)重，早期混凝土更容易受到損害并常常因此產(chǎn)生永久性的裂縫。

（2）產(chǎn)生原因。因受外界拉壓、剪切、扭曲等荷載造成的裂縫。外力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度或抗壓強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。

（3）影響因素。①由于橋梁受到的荷載太大，因此直接應(yīng)力裂縫是在外力荷載過大的作用下對橋梁混凝土產(chǎn)生直接應(yīng)力后造成的混凝土裂縫。比如在橋梁施工建設(shè)時，進(jìn)場材料及設(shè)備沒有按照要求進(jìn)行存放或管理；混凝土澆筑采用自卸的方式，使罐車直接在橋梁上停留，超過橋梁的設(shè)計荷載，最終導(dǎo)致橋梁承受力達(dá)到極限。②混凝土未達(dá)到一定強(qiáng)度就上人踩踏操作、荷載施工。③拆卸模板或者脫模時受到劇烈振動。④模板及支撐拆除過早，出現(xiàn)粘模、下墜或脫落。

1.5 沉降裂縫

（1）特征?；炷亮芽p處呈錯臺狀態(tài)。

（2）產(chǎn)生原因。我國幅員遼闊，地質(zhì)情況差異顯著，橋梁建設(shè)的地基結(jié)構(gòu)同樣存在差異。一方面，由于地基存在不均勻沉降與水平移動等問題，使得橋梁混凝土附件的應(yīng)力不斷增加，最終超過混凝土抗拉強(qiáng)度，使混凝土出現(xiàn)裂縫；另一方面，張拉工藝和方法不正確，過早張拉、偏拉以及張拉速度過快，造成張拉應(yīng)力大于混凝土強(qiáng)度，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

1.6 鋼筋銹蝕裂縫

（1）特征。裂縫處出現(xiàn)凸出爆裂且有鐵銹溢出。

（2）產(chǎn)生原因。這主要是在施工中使用了未經(jīng)處理的生銹鋼筋或者混凝土中可溶性氯離子含量超標(biāo)，導(dǎo)致鋼筋自身的結(jié)構(gòu)應(yīng)力發(fā)生了變化，達(dá)不到施工使用的要求。一旦投入使用，在外力作用下就會變形，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

2 裂縫防治措施

2.1 混凝土配合比設(shè)計及原材料選用

在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能降低單位水泥用量、水膠比（水灰比）、單位用水量以及坍落度。宜選用低水化熱水泥，在條件許可情況下，應(yīng)優(yōu)先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥，對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，可視情況選用早強(qiáng)水泥。（1）選用高效防水泵送劑，可延長凝結(jié)時間，降低水膠比，減少收縮，提高抗?jié)B性能，在確保強(qiáng)度的同時，減小水化熱，同時提高砼的和易性及可泵性。（2）合理摻加粉煤灰等礦物摻合料（特別是針對大體積混凝土部位），可達(dá)到改善混凝土的施工性能，延緩水化熱釋放速度及減小收縮的作用，同時可有效提高混凝土后期強(qiáng)度及耐久性能，延長混凝土使用壽命。（3）應(yīng)選擇級配良好且符合標(biāo)準(zhǔn)要求的骨料。（4）對超跨、超長結(jié)構(gòu)，可摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥，使混凝土得到補(bǔ)償收縮。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計措施

（1）對結(jié)構(gòu)變化處等應(yīng)力集中部位，可與設(shè)計單位溝通，增配構(gòu)造筋提高抗裂性能。（2）在易裂的邊緣部位設(shè)置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。（3）在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)充分考慮施工時的氣候特征，合理設(shè)置后澆縫，保留時間一般不小于60d。如不能預(yù)測施工時的具體條件，也可臨時根據(jù)具體情況做設(shè)計變更。

2.3 施工措施

（1）混凝土生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格控制用水量和水膠比，要加強(qiáng)對砂、石含水率的檢測，做到及時調(diào)整，尤其是在雨雪天氣要增加砂、石含水率的檢測頻率，確保水灰比和出場坍落度不超標(biāo)。（2）混凝土施工過程中要嚴(yán)格控制用水量和水膠比，杜絕施工現(xiàn)場任意加水。在滿足施工和易性的前提下盡可能選擇較小的坍落度施工，嚴(yán)格控制入模坍落度，視情況增加對坍落度的檢查和檢測次數(shù)，嚴(yán)禁使用坍落度過大或嚴(yán)重離析的混凝土。對于坍落度過小、澆注困難的混凝土，可加入適當(dāng)?shù)耐饧觿┻M(jìn)行調(diào)整。（3）采用綜合措施，控制混凝土初始溫度。合理選擇澆筑施工時段，應(yīng)盡量避開高溫時段施工，盡量降低混凝土澆注入模溫度。（4）加強(qiáng)混凝土的澆灌振搗，提高密實度。對于大體積混凝土，澆筑方案可采取全面分層、分段分層或斜面分層澆注振搗。采用兩次振搗技術(shù)，改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。（5）對易發(fā)生溫度裂縫的大體積混凝土要進(jìn)行水化熱計算，精確估算砼內(nèi)部的最高溫度，并建立科學(xué)、完善的測溫手段，及時了解混凝土內(nèi)部溫度變化情況，以便采取有效的蓄熱保溫養(yǎng)護(hù)措施確?；炷羶?nèi)外溫差低于規(guī)范25℃要求，保證混凝土的質(zhì)量。

2.4 養(yǎng)護(hù)措施

（1）大體積混凝土養(yǎng)護(hù)，必要時可預(yù)埋循環(huán)水管降溫或者凝固后在混凝土表面設(shè)置水層。要加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)控制施工養(yǎng)護(hù)溫度，減少混凝土內(nèi)外溫差。（2）冬季施工時，不得在混凝土面澆水。（3）嚴(yán)格按照施工規(guī)范做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作。在壓實抹平后，應(yīng)及早用塑料薄膜覆蓋保水，其敞露的表面應(yīng)覆蓋嚴(yán)密，并保持塑料布內(nèi)有凝結(jié)水。接近初凝時，應(yīng)對箱梁等平板結(jié)構(gòu)混凝土表面進(jìn)行二次拉毛，以消除混凝土表面的微裂縫。（4）澆水養(yǎng)護(hù)時間不得少于7d，澆水宜采用霧狀水，次數(shù)應(yīng)保持混凝土處于濕潤狀態(tài)。必要時可噴霧濕潤混凝土表面的空氣，使用擋風(fēng)板減少風(fēng)速或者遮蓋混凝土表面防止陽光照射以降低表面溫度。對于墩柱等豎向結(jié)構(gòu)，應(yīng)用土工布包裹柱體再用塑料布裹嚴(yán)，在內(nèi)部纏繞噴淋水管，水管端頭連接水箱，以此進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。（5）混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應(yīng)下降15℃以上。（6）可以采取通冷水冷卻的方式。為了能夠有效預(yù)防橋梁工程中橋梁混凝土主體出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，一般采用通冷水的方式。基于對混凝土裂縫機(jī)理的研究，采用冷卻水管薄壁鋼管進(jìn)行混凝土分層澆筑效果最佳，不僅可以有效避免澆筑漏水與堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，還可以達(dá)到檢測澆筑管道是否漏水、通水是否通暢等目的。除此之外，借助薄壁鋼管通冷水的方式，將有效降低混凝土內(nèi)部溫度，避免內(nèi)部高溫現(xiàn)象的發(fā)生，從而有效控制并預(yù)防橋梁混凝土裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高了橋梁的整體質(zhì)量。

2.5 加強(qiáng)現(xiàn)場管理

進(jìn)場材料及設(shè)備要按照要求存放或管理；為避免橋梁受到的荷載太大而使混凝土出現(xiàn)裂縫，通過橋梁的車輛一定不能超過橋梁能承受的最大荷載；混凝土強(qiáng)度未達(dá)到1.2N/mm2前，不得在其上踩踏；未達(dá)到5N/mm2前不得在新澆混凝土面搭設(shè)腳手架、安裝模板及綁扎鋼筋，否則橋梁會因受外力而出現(xiàn)裂縫；拆模時要注意不得直接敲打混凝土和劇烈振動。

2.6 提升道路橋梁工程基礎(chǔ)的穩(wěn)定性

基礎(chǔ)對于道橋工程來說非常重要，也是道橋工程的根本。如果道橋工程的基礎(chǔ)出現(xiàn)偏移或者沉降，則很可能會導(dǎo)致道橋工程裂縫的產(chǎn)生。因此，在道橋工程施工的過程中，必須保證道橋工程基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。在道橋工程施工之前，要細(xì)致勘察當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，保證勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性，并嚴(yán)格按照地質(zhì)勘察報告來設(shè)計道路橋梁工程的基礎(chǔ)施工，在道路橋梁工程施工完成以后，要做好沉降監(jiān)測工作。通過這樣的方式，不僅可以提升道橋工程的穩(wěn)定性，還可以減少道路橋梁工程裂縫發(fā)生的概率。

3 結(jié)束語

橋梁工程出現(xiàn)混凝土裂縫問題的原因多種多樣，分析裂縫產(chǎn)生的原因，提出對應(yīng)的預(yù)防措施，對于橋梁施工具有重大的指導(dǎo)意義，可顯著提高橋梁的施工質(zhì)量，降低混凝土裂縫問題造成的不良影響，從而延長橋梁的使用壽命。