道路桥梁施工中混凝土裂缝成因与防治措施

徐明昊、刘素雅

[1.北京市政路桥股份有限公司，北京 100032；2.领天英才(北京)企业顾问有限公司，北京100022]

1 混凝土裂缝成因

1.1 材料原因

如果混凝土原材料质量出现问题，如砂石、水泥等质量不达标，或者配合比不符合要求等，就会导致混凝土出现裂缝。

第一，水泥的水化热特性，会令混凝土内部生成温度应力，为避免温度应力过高，应选择水化热较低的水泥，保证水泥稳定性达标。

第二，若骨料中含泥较多，那么在混凝土干燥过程中，网状裂缝也会逐渐生成。

第三，碱-骨料反应也会导致混凝土裂缝。混凝土中的骨料和砂石会和碱性物质相互反应，产生胶凝物质，后者接触水分之后体积会增加，进而在混凝土内部形成应力，促进裂缝的形成。

第四，坍落度或水灰比超过设计标准，细砂使用量增加，同样会促进混凝土裂缝形成[1]。究其原因，水灰比会极大地影响混凝土强度，因此需要对水泥材料等计量偏差进行合理控制。如果细砂中含泥量较高，同样会加速混凝土收缩，导致混凝土抗拉强度受到影响，进而在塑性收缩的作用下出现裂缝。另外，混凝土的干缩过程，也会加速生成裂缝。

1.2 混凝土变形

通常情况下，混凝土收缩变形和温度变形等，均会促进裂缝形成。混凝土凝固的同时，内部水分蒸发，体积缩小，进而会因为收缩引发变形，收缩过程会促进混凝土出现拉应力。温度变形是因为混凝土同样有热胀冷缩特性，尤其是当外部气温升高之后，混凝土内外温度不同，则会形成导致干缩变形的拉应力，拉应力超出标准，即会导致混凝土裂缝出现。

1.3 设计原因

第一，施工缝和伸缩缝都是导致混凝土裂缝生成的重要因素。一些设计单位在规定伸缩缝间距时，未能进行合理控制，导致伸缩缝间距取到最大值，甚至有超出最大值的情况。

第二，钢筋设置。当前一般以正负弯矩配置配筋，分离布置，配筋方式能够对拉应力起到有效的调节作用。此外，墩柱混凝土中钢含量普遍不足，钢筋之间的距离整体较大，同样会降低板内应力，导致桥梁墩柱裂缝开裂[2]。

1.4 施工原因

施工环节同样是导致混凝土裂缝生成的重要原因。

第一，商品混凝土坍落度如果超标，或者混凝土超过预期停置时间，都可能影响混凝土性能。混凝土浇筑振捣时如果出现未能合理分离粗细骨料、未能均匀振捣、压实不达标，或者面层砂浆相对集中等现象，也极容易导致混凝土密实性与均匀性出现不一致的情况。

第二，在施工阶段，如果接茬位置延续时间较长，就会导致混凝土凝固，也会因为混凝土自身收缩性的不同而产生裂缝（见图1）。板厚尺寸若未能严格控制，同样会影响板厚的均匀性。钢筋与线管若未能有效固定，同样会增加线管与钢筋移位变形的概率。

图1 混凝土裂缝现象

第三，如果模板拼接未能达到严丝合缝的标准，如支撑体系不完善、刚度较差、存在漏浆情况、拆模时间过早等，同样会导致混凝土裂缝的出现。混凝土如果养护时间不达标，或未能采取有效养护措施，同样会增加混凝土出现裂缝的概率[3]。

2 混凝土裂缝防治措施

2.1 科学选择原材料

水泥的水化热特性应当成为选择的重要标准，如果水泥自身强度较高，应适当减少水泥用量。选择外加剂时，应以高效减水剂或膨胀剂为主，以促进混凝土膨胀。如果现场利用泵送进行混凝土输送，由于泵送速度较慢，为避免混凝土过早凝固，应当将缓凝剂加入混凝土中，以复合型外加剂为主。骨料应以中砂或粗砂为主，以3%的标准控制砂中含泥量，级配石的粒径应介于10～30mm 之间[4]。

2.2 重视工程设计

工程设计文件是开展施工环节的重要依据，因此需要设计人员在前期工程设计文件中，提出各项有效措施，以进一步提升桥梁墩柱强度，避免桥梁墩柱开裂。可以进一步提升桥梁墩柱配筋率与其厚度，考虑到桥梁墩柱通常会产生竖向裂缝，因此可以适当增加横向钢筋数量，并对桥梁墩柱形心和重心的位置进行科学调整，保证其重合，避免两者距离较远。设计思路应当与上部结构荷载保持协调，避免桥梁沉降时出现倾斜问题。墩柱钢筋应选择直径较小的钢筋，排布方式以密排为主，以双向双层钢筋为主，将放射筋设置在角落位置，将加强筋设置在预留洞口等处，增强上述薄弱位置的强度[5]。

2.3 科学设计配合比

配合比应减少用水量和水灰比，水泥用量不能轻易增加，通常以不超过0.5 的标准对水灰比进行合理控制。降低水灰比将会对混凝土弹性模量起到有效的提升作用，令混凝土具备更强的抗裂性能。因此，应当在不影响混凝土质量的基础上，尽量提升砂含量和水泥含量，进一步提升石子用量。配制混凝土时应采用计量仪器，准确计量混凝土量，同时保证搅拌的均匀性。如果混凝土出现离析现象，应重新搅拌均匀后，才能过渡到浇筑环节。混凝土的选择应以高性能混凝土为主，若应用补偿收缩混凝土，可适当加入膨胀剂，促进混凝土的微微膨胀，以抵消之前产生的收缩现象[6]。

2.4 强化施工管理

施工人员的自身技术是影响混凝土施工质量的重要因素。当前，一些进行道路桥梁施工的施工人员，主要群体是农民工，这部分人群施工经验丰富，但是自身文化水平不足，对于一些施工安全隐患和施工质量的重视程度不足，往往为了赶工期，疏于对工程质量的关注。因此，对于施工单位而言，应当加强对施工人员的安全意识教育，保证每个施工人员能够依照要求佩戴劳保工具作业，并严格依照设计文件要求进行施工。管理人员应当对现场的每道施工工序加强监督，以达到控制施工质量的目的。

2.5 模板施工控制

模板需保证合理构造，避免施工荷载对模板产生的应力导致模板变形，也可以防止对混凝土构件截面尺寸产生影响，从而降低裂缝出现概率。在顶板混凝土达到设计强度的同时，顶板模板的支撑需要保证连续性，且需要在三层以上，避免出现顶板扰度变形，导致混凝土顶板出现结构裂缝。墙体侧模板拆除时间应合理控制，不能太早，要等到混凝土硬化之后才能适当轻撬侧模，这一时间通常是浇筑混凝土工序完成12h 之后。拆掉模板之后，应当重视对混凝土的养护，将水或养护剂喷在混凝土表面[7]。

2.6 混凝土浇筑质量控制

浇筑之前，应当提前对桥梁各部分的厚度标志线进行标记，在浇筑阶段，应当边浇筑，边对混凝土标高进行控制，顶端浇筑需要超灌0.5～1m 的距离，避免顶端混凝土强度不足。混凝土需要合理控制下料高度，振捣时需保证均匀性，合理控制力度，待混凝土初凝之后，在初凝和终凝之间的时间段内，对混凝土完成二次收面，覆盖薄膜的操作应当和收面工序同步进行，从而避免混凝土出现收缩裂缝现象。此外，应强化混凝土养护，适当延长养护时间，可通过薄膜覆盖混凝土构件。如果施工时间恰逢冬季，则需要在混凝土外表面覆盖薄膜。浇筑12h 之后，应当每隔一段时间浇水，通常情况下，混凝土养护时间应超过7d，如果混凝土中混入外加剂，则养护时间需延长至14d。应避免在道路桥梁上堆放材料，同时限制材料堆放数量，防止荷载过于集中而产生墩柱裂缝[8]。

3 结构裂缝处理路径

3.1 小于0.2mm 宽度的裂缝

细微裂缝以表面封闭法为主，如果裂缝宽度较大，应以开槽封闭法为主。具体而言，表面封闭法是用刮刀配置好封闭膏在裂缝表面刮涂，宽度一般为5cm，厚度为2mm。开槽封闭法通常应用于角磨机切开裂缝，完成槽的清理，将封闭膏嵌入其中。具体而言，开槽封闭法需要先用角磨机依照裂缝方向开槽，凿除松散混凝土，避免影响混凝土表面的坚固性。后续进行基层处理，需要用高压气枪充分水扫缝中和表面的浮尘，擦去浮灰，贴好防污胶条，避免影响边缘的整齐性和美观性。刮抹配料时，刮抹封闭膏的配比应严格依照说明书要求控制，保证搅拌操作的均匀性。搅拌过后应静置10min，在应用之前需重新进行搅拌。处理之后的裂缝应当加强保护，不能因误触而产生破坏，使其保持超过24h 的干燥时间，并保持超过14d 的养护时间。达到强度之后，应当用砂轮机对裂缝位置进行打磨，保证打磨的平整性[9]。

3.2 大于0.2mm 宽度的裂缝

具体而言，应先对裂缝进行观测，记录裂缝宽度，并完成裂缝总长度的统计工作。基层处理时，应当将裂缝表面油污和灰尘清除干净，可以用气泵对裂缝进行清理，如果是在混凝土抹灰之后，则应当将抹灰层剔掉，露出混凝土表面。施工阶段应使裂缝保持干燥，不能用水随意冲刷裂缝。确定注入口时，相邻注入口的间距应控制在16～19cm 之间，在注入口上贴好胶带。注入口位置的选择，应当以开口通畅、宽缝位置为主。配制封缝胶时，应严格依照说明书要求进行，以5min 为标准控制封缝胶的初凝时间，这就要求现场人员不能提前太长时间配制封缝胶，配量也不能太多。封闭裂缝时，应当在裂缝表面涂刮封缝胶，宽度一般在5cm 左右即可，需要提前预留注入口。针对贯通板面裂缝，灌浆应以上方为起始点，遵循自上而下的原则，板面上下的封闭应当同步进行。主裂缝附近如果有裂缝，应同步进行封闭，避免渗出灌浆树脂。进行底座安设时，应将注入口胶带揭掉，封紧底座的同时，应当避免注入口出现堵塞现象。配制灌浆树脂之后，应当依照封闭裂缝，当封缝胶终凝之后，应配制合适配比的树脂，一般只需要配置0.5L 即可，延长树脂固化时间[10]。后续应当安设灌浆器，在软管中注入配制好的灌浆树脂，在灌浆器中安设软管。针对立面施工时，应以最低位底座为起始点，灌浆遵循自下而上的原则。

为保证施工人员安全，向上抬头施工时应戴好防护镜。灌浆器安设之后，可以进行灌浆操作。松开灌浆器弹簧，记录注入状态，若树脂量不足，可以现场配制并持续注入。当灌满本段裂缝后，可以拆掉灌浆器。在倒立或竖直施工过程中，应当堵死底座，避免树脂流出。半小时后，可以在注入口位置点胶，对基层吸收树脂起到有效的补充作用。灌浆结束之后，应当对灌浆器进行清洗。灌浆结束之后，应用酒精充分浸泡灌浆器，方便后续使用。基层复原应当等到树脂固化之后进行，此时应将堵头和底座敲掉，并清除封缝胶。如果有必要，应当用打磨机充分打磨表面封缝胶。

4 结语

综上所述，混凝土是道路桥梁工程中必不可少的工程材料，如果有裂缝等质量问题，会对工程整体质量产生较大负面影响。总体说来，混凝土裂缝的形成和材料原因、设计原因和施工原因等高度相关，会直接影响道路桥梁的整体强度，进而降低工程质量。防治措施应对症下药，从材料配比、混凝土浇筑和模板等的施工管理、优化设计等方面入手，争取实现道路桥梁工程质量的整体提升。