高速公路桥梁施工中出现混凝土裂缝的原因及处理分析

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　　摘  要：近年来，高速公路桥梁建设高速发展，极大地方便了人们的出行。在高速公路建设过程中，经常出现混凝土裂缝问题，对公路桥梁的质量产生了重要影响。所以，为确保公路桥梁工程可靠，应当深入分析混凝土裂缝形成的原因，能否对裂缝作出科学有效的处理将直接关系到高速公路桥梁建设能否取得成功。文章将在对桥梁混凝土裂缝成因进行分析的基础上，就高速公路桥梁施工中混凝土裂缝的防治措施进行深入探讨。
　　关键词：高速公路;桥梁施工;混凝土裂缝;成因;处理措施
　　中图分类号：U445.57       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）29-0123-02
　　Abstract： In recent years， the rapid development of highway bridge construction has greatly facilitated the travel of people. In the process of expressway construction， the problem of concrete cracks often occurs， which has an important impact on the quality of highway bridges. Therefore， in order to ensure the reliability of highway bridge engineering， the causes of concrete cracks should be analyzed in depth. Whether the cracks can be dealt with scientifically and effectively will be directly related to the success of expressway bridge construction. Based on the analysis of the causes of bridge concrete cracks， this paper makes an in-depth discussion on the prevention and control measures of concrete cracks in expressway bridge construction.
　　Keywords： highway; bridge construction; concrete crack; cause; measures
　　混凝土由于价格低廉、抗压性能好，在高速公路桥梁建设中得到广泛应用，混凝土能否得到有效运用将会对桥梁的安全性产生直接影响，但是混凝土的抗拉性能差、容易开裂，导致混凝土的强度与刚度受到影响，其耐久性也会因此降低，进而出现裂缝，并对桥梁性能产生影响，出现混凝土碳化、钢筋腐蚀以及保护层剥落等问题。所以，应当认真分析混凝土裂缝成因，并采取有效的控制与弥补措施。
　　1 桥梁混凝土裂缝成因分析
　　1.1 干缩裂缝
　　 在混凝土拌和与浇筑过程中，往往需要投放大量的水来促进各材质的契合。但是施工中混凝土含水率与空气含水率存在一定差距，进而产生温差。对于浇筑完成的混凝土而言，在初凝完成，尚未进行养护时，由于内部水泥水化热剧烈，导致内外温差增大，进而出现泌水和水分蒸发过快等问题。水分蒸发过程中，表层水分蒸发速度较快，但是内部水分蒸发速度慢。同时，表层混凝土收缩过程中，深层混凝土、钢筋及模板等会对其产生制约作用，并在内部形成拉应力。一旦拉应力超出抗拉强度，表面就会出现裂缝。在混凝土固化凝结的过程中，因为自身重量因素，会产生1%左右的塑性收缩，使得混凝土失水收缩量增大，在骨料下沉过程中，会因为钢筋的阻挡作用而沿着钢筋方向产生裂缝。
　　1.2 施工因素
　　 在实际施工中，骨料内含有的活性炭会与水泥、地下水中的碱、外加剂等共同作用，导致自身体积膨胀，并在内部产生局部拉力。内部会产生有害化学反应，进而导致侵害性效应聚集，这样一来，混凝土就会出现器质性变化，也会导致混凝土产生裂缝。在拌和混凝土的过程中，往往需要掺入减水剂，如果搅拌的时间过短，就会影响减水剂作用的发挥。在运输和浇筑完成后，减水剂的作用发挥完全，使混凝土坍落度增大，离析现象会更明显，形成裂缝的可能性也会明显变大。由于大多数桥梁采用的是箱梁结构，联箱梁落架无法在同一时间内完成，所以，会从简支梁逐漸发展为连续梁的受力体系，进而与设计受力体系相接近，如果落架顺序不合理或者时间长，将难以达到预定设计强度，这也会导致裂缝的生成。
　　1.3 水泥水化热
　　 在完成混凝土浇筑工作后，大体积混凝土内部会产生大量的水化热，而混凝土的导热性能又比较差，大量的热量会聚集于结构内部无法有效散发出去，进而出现内部温度差，再加上温度应力作用，如果温度应力比混凝土抗压强度大，就会出现裂缝。据可靠数据显示，如果混凝土内外温差超过25℃，就会出现裂缝，如果使用的水泥越细，那么早期强度就会比较高，单位体积内，如果使用的水泥用量比较大，那么早期水化热会导致温度升高加快，形成的温度梯度也比较大，那样就会产生裂缝。
　　1.4 不均匀沉降
　　 在将桥梁投入运营后，如果出现不均匀沉降或基础出现竖向不均匀沉降，就会使结构内部出现附加应力，一旦应力超出结构抗拉强度，就会出现开裂的现象。如果浇筑过后，没有将混凝土振捣密实，就会使内部骨料空隙多、骨料吸水性比较强，混凝土水灰比较大，混凝土得不到有效养护，如果浇筑过后受到冻害作用，都会引起裂缝。 　　1.5 钢筋锈蚀
　　 施工完成后，如果保护层厚度较小，振捣密实度不足，都会导致混凝土保护层受到二氧化碳的侵蚀作用而出现碳化的现象，如果碳化现象发展到钢筋表面，其周围混凝土强度就会降低。如果施工用水或骨料中氯化物比较高，就会使钢筋周围氯离子聚集，就会破坏掉钢筋表面的氧化膜，钢筋就会发生锈蚀作用，如果锈蚀体积过大，就会产生膨胀应力，这样一来，混凝土就会沿着钢筋方向出现裂缝。如果钢筋发生锈蚀，其有效断面面积会不断减小，混凝土的握裹力也会随之降低，结构承载力也会受到影响，进而出现各种形式的裂缝，裂缝的出现会加速钢筋的锈蚀，并形成恶性循环。
　　1.6 外界气温变化
　　 施工过程中，如果外界环境温度高，浇筑温度也会越高。如果浇筑完成后外界气温快速下降，就会使混凝土内外温差增大，形成较大的温度梯度，如果气温骤降，就会使混凝土表面与内部形成较大的温度差，也会产生温度应力，出现裂缝的几率就会明显增大。
　　2 高速公路桥梁施工中混凝土裂缝的防治措施
　　2.1 加强施工材料把控
　　一是水泥。水泥品种的选择应当考虑水泥水化热与收缩作用，尽可能选用收缩量低、水化热较小的水泥，因为水泥矿物内铝酸三钙发热速度快，散发的热量也最大，越细的水泥发热速度越快，但不会对最终发热量产生影响，所以，水泥应当选用矿渣硅酸盐水泥或火山灰水泥，利用好其后期强度，从而达到减少水泥用量的目的。考虑到桥梁混凝土，特别是大体积混凝土有较长的施工工期，一般在施工完成后的4周内都不得施加荷载，那么就可以延长混凝土标准强度的龄期，对其后期强度进行充分利用。
　　二是骨料。桥梁混凝土采用较多的是粗骨料，应当使用粒径较好、连续级配以及低弹性模量的骨料，还要加强对细骨料的细度模数的控制，以2.7-3.1为宜，尽可能地降低含泥率，控制在0.33以内，防止砂率过高造成粗骨料多而细骨料少的问题，进而导致收缩增加，就会出现开裂现象。此外，还要最大限度地降低砂石吸水率，从而达到控制收缩的目的。
　　三是粉煤灰。通过向混凝土内掺入粉煤灰的做法能够有效减少水泥用量，也就是水泥水化热量，能够有效改善混凝土和易性，使其密实度得以增加，抗渗能力增强，能降低混凝土的收缩量。掺入的粉煤灰主要发挥物理填充作用，使其粉末效应得到明显增强。所以，应当加大密实度，就能有效减少泌水与离析现象的发生，延迟水化热峰值出现的时间，并达到降低温度峰值的目的。
　　四是外加剂。减水剂的适当掺加能够改善混凝土的和易性，降低水厌比，减少水泥实际用量。通过合理掺加缓凝剂，能够达到延缓混凝土放热峰值出现的目的，尽可能地减少裂缝出现。膨胀剂能够有效替代水泥，使混凝土发生适度膨胀，这样能够抵消混凝土内部拉应力，降低裂缝出现的概率。
　　2.2 加强施工控制
　　为了有效加强施工控制，应当采取如下措施：第一，降低水灰比。水灰比的降低能够有效降低混凝土坍落度，现如今市场所用的混凝土坍落度已经超出规范要求，那么，采取降低水灰比的方法，能够降低振捣过程中混凝土表面产生的浮浆。第二，拌和。在混凝土拌和过程中，要保证剂量准确，还要对混凝土的出仓坍落度进行严格扩张，还要对混凝土的出机与入模温度加以控制。第三，通水冷却。在浇筑之前，应当提前埋设好冷却水管，待浇筑完成后应当通水进行循环冷却，达到降低温度峰值的作用，但是要加强通水时间控制，以免因温降幅度过大产生温度应力，导致裂缝的形成。第四，浇筑与振捣。在浇筑混凝土的过程中，应当采用分层与分段浇筑的方法，合理控制上下层混凝土浇筑的时间间隔，避开太阳辐射强度较大的时段，保证浇筑完成的混凝土振捣均匀密实，直至表面泛浆，待浇筑完成后应将表面进行压实和抹平，防止其表面出现裂缝。第五，砂浆层处理。混凝土浇筑完成后，会受到初凝时间、温度及气候等因素的共同影响，而出现适当厚度的水泥砂浆层。在处理该砂浆层的过程中，应当洒干净石子，然后使用木抹子进行搓平，确保石子和砂浆层相互作用形成细石混凝土，还要进行二次抹压，以达到消除裂缝的目的，也就是在混凝土初凝与终凝时间内，采取二次抹压，从而控制裂缝生成。
　　2.3 做好养护管理工作
　　 在浇筑完成后，如果混凝土养护管理不到位，也有可能形成裂缝，特别是对已掺加缓凝剂的混凝土进行养护。在完成混凝土浇筑施工至终凝环节，需要采取有效的养护措施，如覆盖麻袋或者覆盖草袋并在其表面洒水。由于箱梁等构件是分多次浇筑而成，此时并未浇筑顶板，要对腹板与底板进行养护，只能对其直接淋水。如果高温季节施工，则要加强淋水时间间隔控制。而在寒冷季节施工，应当采取有效的保温措施，防止混凝土受到冻害，有效的保温措施，能避免表面生成裂缝，使其散热时间得以延长，让混凝土强度与材料松弛特性充分發挥出来。如果是湿养，应当在水泥硬化阶段保持湿润，以免混凝土表面出现干缩裂缝。
　　3 结束语
　　 总之，高速公路桥梁裂缝的产生会造成桥梁使用功能下降，并造成钢筋锈蚀、混凝土发生碳化，导致结构的耐久性与桥梁的承载力下降，有多种原因会导致裂缝生长，为此，需要立足于裂缝防治实际，了解裂缝的形成机理，在此基础上采取相应的措施，以防出现裂缝。
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