浅析钢筋混凝土公路桥施工裂缝的防治问题

'浅析钢筋混凝土公路桥施工裂缝的防治问题[摘要]近年来，随着公路桥梁施工技术的日臻成熟和进步，桥梁外观质量的混凝土裂缝控制，成为目前研究处理的主要课题之一。本文主要从混凝土结构中裂缝的成因，探讨施工过程质量控制的艰巨性、必要性。[关键词]公路桥混凝土裂缝控制措施混凝土的构造是由骨料、水泥石、气体、水分等所组成的非均质材料，在温度、湿度变化条件下，混凝土逐步硬化，同时产生体积变形。水泥石收缩较大，骨料收缩很小；水泥石的热膨胀系数大，骨料较小。它们之间的变形不是自由的，产生相互约束应力。当水泥石产生收缩时引起内应力，这种应力可引起粘着微裂和水泥石变裂。混凝土“微裂”是肉眼不可见的。肉眼可见裂缝范围一般以0.05mm为界。大于等于0.05mm的裂缝称为“宏观裂缝”。宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。所谓桥梁施工结构抗裂质量，只能是按有关设计规范规定，把“宏观”裂缝控制在一定的范围内的事。一、混凝土结构中产生裂缝的原因及对策提示一般来说,产生裂缝的原因，有以下几个方面：1、大块体混凝土水化热引起的裂缝在大块体混凝土凝结和硬化中，水泥和水产生化学反应，释放出大量的热量，称为“水化热”，导致混凝土体温升高。当混凝土块体内部的温度与外部环境温度相差很大，以致所形成的温度应力或温度变形超过混凝土当时的抗拉强度或极限拉伸值时，就会形成裂缝。防止产生这种裂缝的主要措施是：合理的分层、分块、分缝，采用低热水泥，加掺合料（如粉煤灰），埋入冷却水管，预冷骨料，预冷水，加强养护等。2、混凝土塑性坍落引起的裂缝在大厚度的构件中，混凝土浇筑后半小时到数小时即可发生这种裂缝。其原因是混凝土塑性坍落受到模板或顶部钢筋的抑制，或是在过分凸凹不平的基础上进行浇筑，或是模板沉陷、移动，或是斜面浇筑的混凝土向下流淌。防止这种裂缝的方法是：采用合适的混凝土配合比（特别要控制水灰比）、防止模板沉陷、合适的振捣和养护等。在裂缝发生、坍落终止后，将混凝土表面重新抹面压光，可使裂缝闭合。3、碱一骨料反应引起的裂缝碱一骨料反应有两种：一种是碱一硅酸盐骨料反应，另一种碱一碳酸盐骨料反应。后一种不常见。前一种引起混凝土裂缝的原因可能是混凝土加水拌和后，水泥中的碱不断溶解，这种碱液与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应，析出胶状的碱一硅胶，从周围介质中吸水膨胀，其体积可增大到三倍，而使混凝土胀裂，其特点是裂缝中充满白色胶体，表面裂缝常有白色沉淀的胶体，呈杂乱的“地图”状。防止这种裂缝的措施是：尽可能选择非活性骨料、控制水泥含碱量、掺用加气剂及某些混合料（如天然浮石）等，可参见有关专著。 4、塑性收缩裂缝这种裂缝发生在混凝土浇筑后数小时仍处于塑性状态的时刻。发生这种裂缝的因素是多方面的。大面积的路面或楼板，炎热或大风天气以及混凝土水化热高等，都容易产生这种裂缝。这类裂缝的宽度可大可小，小的细如发丝，大的可达数毫米，其长度可由数厘米到数米，深度很少超过5cm，但薄板则有可能被其穿透，分布的形状一般是不规则的，有时可能与板的长边正交。防止这种裂缝的措施是：尽量降低混凝土的水化热、控制水灰比，采用合适的搅拌时间和浇筑措施，以及防止混凝土表面水分过快地蒸发（覆盖席棚或塑料布）等。5、外界温度变化引起的裂缝大体积的混凝土，在拆模以后，突然遇到短期内大幅度的降温，如寒潮的袭击，产生较大的内外温差，引起较大的温度应力，而使混凝土开裂。承受高温的混凝土结构，也会产生温差引起的裂缝。防止这类裂缝的措施是：对于突然降温，要注意天气预报，采取防寒措施。对于高温，经采取隔热措施，或是合适的配筋及施加预应力等。对于长度大的墙式结构，则要与防止混凝土干缩裂缝一起考虑，设置温度一干缩构造缝。6、混凝土干缩引起的裂缝普通混凝土在硬化过程中，要产生由于干缩而引起的体积变化。当这种体积变化受到约束时，如两端固定梁，或是高配筋率的梁，或是浇筑在老混凝土上或坚硬岩基上的新混凝土，都可能产生这种裂缝。这种裂缝的宽度有时很大，甚至会贯穿整个构件。防止这种裂缝的措施是：改善水泥性能、合理减少水泥用量、降低水灰比、对结构合理分缝、配筋不要过高等，而加强潮湿养护尤为重要。7、结构基础不均匀沉陷引起的裂缝超静定结构的基础沉陷不均匀时，结构构件受到强压变形，而使结构构件开裂，随着不均匀沉陷的进一步发展，裂缝会进一步扩大。防止这类裂缝的措施是：根据地基条件及结构型式，合理采用构造措施。设置沉陷缝等。8、钢筋腐蚀引起的裂缝钢筋混凝土构件处于不利环境，如易渗入氯离子和氧（溶于海水中）的海洋环境，当混凝土保护层过薄，特别是混凝土的密实性不良时，埋在混凝土中的钢筋将生锈，即氧化铁。氧化铁的体积比原来的金属大得多。铁锈体积膨胀，对周围混凝土挤压，使混凝土胀裂。这种裂缝通常称为“先锈后裂”，其走向沿钢筋方向，比较容易识别。顺钢筋方向的裂缝发生后，更加速了钢筋锈蚀过程，最后导致保护层成片剥落。这种顺钢筋裂缝对耐久性的影响较大。9、荷载作用引起的裂缝构件承受不同性质的荷载作用。其裂缝形状也不同。通常裂缝方向大致是与主拉应力方向正交。二、钢筋方混凝土公路桥施工裂缝的控制措施 1、公路施工单位、工程监理和监督部门应坚持质量第一的方针，建立健全“政府监督、社会监理、企业自检”的质量保证体系，严格实行施工单位质量自检，加强质量监理和质量监督，以抓好工序质量，确保分项工程质量，以分项工程质量保证分部工程、单位工程和整个建设项目的工程质量。2、由于施工中施加的预应力不足，预应力空心板、梁等构件在预制现场出坑时即出现跨中下缘开裂。3、预应力筋张拉锚固后的预留孔道，应及时清理，采用“真空压浆法”压浆，压满掺铝粉的水泥浆。随机在直线孔、曲线孔进行压力测试。必须使用合格的锚具，锚后混凝土应密实，施加预应力值必须符合设计要求。4、严防永存预应力过大，造成混凝土梁反拱开裂，同样是内在质量的主要通病。防治措施：1）、设计时各截面的永存预应力不得超过2~3Mpa（扣除全部预应力损失和恒活载等组合后的剩余预应力）。2）、必须保证设计弹性模量，也包括张拉时刻的混凝土弹性模量的测试。选择优质的混凝土骨料和级配，严格控制预制尺寸和形状，保证砂、石中的含泥量符合设计规定。3）、及时出坑，堆放时，适当加大支点跨度，但须进行相应的计算。4）、严格控制锚固点的位置，确保锚垫板垂直于预应力筋，防止偏心距大于设计值。5）、预制梁装配上桥后，应尽早浇筑面层的整体混凝土。5、翼板开裂和腹板斜向开裂――抗剪和主拉应力极限承载力不足。防治措施：1）、设计时适当增加腹板厚度，保证足够的弯起预应力筋和竖向预应力筋。裂纹形成后，应压浆或焊贴钢板。2）、加强横桥向普通钢筋的配制。3）、设计合理的悬臂长度，加大腋下混凝土面积。6、有支架浇筑施工中的预应力混凝土时期开裂。防治措施：坚持预压，如动态平衡的操作程序，执行确有困难时，也应预压撤离后再浇筑混凝土，并加强支架的基础地基，弹性变形一定须设置支架预拱度。7、先简支后连续的桥梁的施工应注意防治上部结构的裂缝。为了确保施工质量，除贯彻图纸、相关规范已有规定外，并强调如下施工要点：1）、为了湿接缝的浇筑和伸缩缝的设置，安装预制梁时梁端必须在一根线上，伸缩缝处必等宽。2）、关于落架。落架必须在负弯矩束张拉、压浆，湿接缝浇筑达90%设计强度后进行，要贯彻逐步对称落架的原则，一个墩上的临时支座，必须同时落架。3）、关于永久支座的均匀受力问题至关重要。湿接头必须一次浇筑到顶，在湿接头浇筑前应详细检查，支座顶铁板是否与支座紧密贴合，浇筑中要保证铁板不变位，不倾斜。4）、在浇筑湿接缝前，应对钢筋的规格、根数、搭接和焊接长度、保护层厚度等作详细检查，保证符合规范。5）、关于找平层混凝土浇筑，梁顶应符合施工规范中对施工缝的要求，为防止负弯矩部位桥面裂缝，设置带肋钢筋网时一定要按两次铺料一次振捣的原则，以保证钢筋位置的正确。 8、大跨径箱梁悬臂浇筑施工中，挠度控制极为重要。而影响挠度的因素较多，主要有挂篮的变形、箱梁段自重、预施应力大小、施工荷载、结构体系转换、混凝土收缩和徐变、日照和温度变化等。挠度控制将影响到合拢精度及成功与否，故必须对挠度进行精确的计算和严格的检验和测量控制。9、组合箱梁调平层混凝土裂缝防治措施。1）、施工控制重点：（1）、调平层与箱梁应严格按施工缝处理。（2）、严格控制钢筋网在调平层中平整与位置的准确。（3）、严格控制调平层混凝土配合比及其养生。2）、调平层出现裂缝的处理方法：（1）、对于调平层与箱梁结合不牢的区域，调平层应全部凿除重新浇筑。（2）、为进一步防止路面水的下渗，在调平层与沥青混凝土之间实施桥面防水层，并经试验在调平层混凝土内掺加聚丙烯沙浆混凝土合成纤维。10、钢筋的加工成型和安装质量，对钢筋混凝土结构构件的抗裂、防裂至关重要，必须给予足够重视和保证。1）、钢筋应在常温下弯曲，弯曲点处不得有裂纹。对于HPB235级钢筋只能进行一次重新调直和弯曲，HRB335级及其以上的钢筋不能弯过头再弯回。2）、受力钢筋弯钩，弯折和箍筋的弯弧内直径、弯折角度、弯后平直部分长度，对于保证钢筋与混凝土协同受力非常重要，对于有抗震要求的结构更为重要。监理工程师检查验收也要格外重视，要在全数观察检查的基础上，采用“双控”的方法（即在按比例抽样检查的同时，还应满足检查的最小数量）进行抽样检查。3）、钢筋加工后的形状、尺寸应符合设计要求。平面应无翘曲不平现象，其允许偏差不得超过施工验收规范的要求。需引起注意的是，在检查箍筋的尺寸时，应测量其内净尺寸，看其能否使主筋的保护层厚度和钢筋骨架的断面满足验收规范的要求，以保证受力钢筋和箍筋本身的受力性能。4）、钢筋加工过程中，当缺乏设计所要求的品种、级别或规格而需作钢筋代换时，不得擅自代换，必须由设计单位办理设计变更，以保证满足原结构设计的要求。5）钢筋加工过程中，无论何时，一旦发现钢筋脆断、焊接性能不良或力学性能显著不正常等现象时，应对该批钢筋进行化学成分检验或其他专项检验。如果力学性能或化学成分不符合要求时，应停止使用，在监理的监督下作退场处理。11、受力钢筋的混凝土保护层，对保证钢筋与混凝土紧密粘结，防止钢筋锈蚀，增加结构耐久性和防火性能至关重要。《混凝土结构设计规范》GB50010-2002中将纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度控制列为强制性条文；《混凝土结构工程施工质量验收规划》GB50204-2002也对受力钢筋的混凝土保护层厚度允许偏差控制提出了较高要求。12、从设计、施工和科研部门都必须协同重视解决沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析与防治。三、裂缝缺陷的修补 1、混凝土出现缺陷后应加强检查观测，分析成因、性能和危害程度，作为制定修补加固方案、上报审批的依据，经相关主管部门批准以后实施修补；2、混凝土的细微表面裂缝、钢筋混凝土的浅层缝倘设计无规定时，其宽度小于设计规定数值者可不予处理。缝宽大于设计允许值的裂缝及影响结构性能的蜂窝和缺陷等应处理；3、修补混凝土缺陷所用材料的强度应高于原混凝土，其变形性能宜与混凝土接近。活动性裂缝应采用柔性材料修补；4、混凝土裂缝应在基本稳定后修补，并宜在开度较大的低温季节进行。总之，全体施工人员，要充分了解混凝土的特性，分析钢筋混凝土公路桥施工中可能产生裂缝的原因，慎重采取防治措施和必要的裂缝补救措施，是完全可以建造成优质工程的。'