道路桥梁建设中混凝土裂缝控制研究
时间：2023-06-19 17:30:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
刘际源
（中化学交通建设集团第三工程公司，济南 276000）
混凝土施工在道路桥梁建设过程中占有较大的比例，容易受到多方影响出现裂缝问题，因此，国内外学者以及从业人员对于混凝土裂缝控制的研究从未停止，极大地推动了道路桥梁建设工程的发展。此次研究着重从前期控制以及早期温度效应方面展开深入研究和探讨，具有一定创新价值，并且在理论和实践方面具有参考意义，能够为道路桥梁混凝土裂缝控制理论研究提供案例支持，同时可以为类似项目提供实践参考。
2.1 收缩裂缝
收缩裂缝是混凝土施工过程中的常见裂缝类型之一（见图1），主要包括塑性裂缝以及干缩裂缝两种。其中，塑性裂缝指的是混凝土浇筑之后，水化反应放热，导致水分蒸发，出现失水收缩情况，同时混凝土硬化前，骨料下沉，若遇到结构内部钢筋，就会在混凝土失水情况下，沿着钢筋方向形成裂缝。干缩裂缝主要指的是混凝土硬化过程中，当表面失水与内部失水速度存在一定差异，就会引发结构内部不均匀收缩，进而形成收缩裂缝。此外，在混凝土硬化之后，由于失水，整体体积会有所下降，在配筋率较高的情况下，钢筋结构会影响混凝土正常收缩，进而产生裂缝。因此，影响此类裂缝的因素主要包括水泥材质、骨料粒径、水灰比等[1]。
图1 混凝土开裂
2.2 温度裂缝
混凝土浇筑的最佳温度在10～15 ℃，而南方夏季气温较高，若混凝土原料温度较高，或者在运输过程中出现升温情况，会影响混凝入模温度，进而造成假凝，产生裂缝；
或者在养护过程中，环境温度较高，导致混凝土升温，也会产生裂缝。因此，在南方夏季施工的过程中，应适当采取相应的降温、控温措施。对于北方冬季而言，环境温度较低，会导致混凝土入模温度较低，或者混凝土表面散热较快，而内部由于水化热反应温度较高，混凝土表面与内部形成温差，进而造成温度裂缝。因此，应结合实际情况采取相应的保温以及升温措施。此外，在进行施工的过程中，若混凝土结构局部受到暴晒，导致受热不均匀而产生较大的拉应力，也会引发温度裂缝。
2.3 沉降裂缝
沉降裂缝主要是混凝土结构在纵向上沉降不均匀或者出现水平位移而引起的。当结构应力超过结构自身抗拉强度时，会导致混凝土出现不均匀沉降，进而引发沉降裂缝。沉降裂缝出现的原因主要包括以下及几个方面：（1）施工前勘察工作不到位，导致地基地质变化较大，出现不均匀沉降；
（2）桥梁结构基础类型差异较大，桩基础的桩径、桩长不统一，或者标高存在较大差异等；
（3）桥梁在长期运行之下，受到雨水、滑坡等各种因素影响，导致地基土层发生变形情况，进而引起不均匀沉降裂缝。
2.4 质量裂缝
质量裂缝主要是施工质量不达标引起的。主要原因如下：（1）振捣问题。振捣不充分、不密实，导致混凝土结构出现蜂窝、麻面等缺陷问题，留下裂缝隐患。（2）浇筑问题。混凝土浇筑过程中速度过快，导致硬化前后出现沉降差异，引发裂缝。（3）混凝土材料运输时间过长，导致材料中水分过度蒸发，影响坍落度，引发裂缝。（4）为提高混凝土流动性，在混凝土拌和过程中随意添水或者水泥，影响材料质量，增加收缩，进而出现裂缝。（5）混凝土上下层浇筑间隔控制不良，导致上下层混凝土衔接不充分，造成裂缝。（6）模板质量问题，导致混凝土浇筑时，模板出现变形，引发变形裂缝。（7）混凝土强度未达标时强行拆除模板，导致混凝土出现裂缝[2]。
以山东某公路桥梁工程项目为例，针对其中混凝土裂缝控制措施展开探讨。该公路桥梁工程全长280 m，施工工期较长。桥梁上部结构为后张法预应力混凝土简支T 梁，桥台为挡土式桥台，基础部分为钻孔灌注桩。根据工程建设要求，桥涵荷载等级为城市A 级，设计车速为50 km/h，路面材料为沥青混凝土。
4.1 控制原材料质量
混凝土材料质量是影响裂缝产生的主要因素之一。对此，在实际进行道桥建设的过程中，应加强对原材料质量的控制。首先，应加强对粗骨料的选择。粗骨料在阻碍混凝土收缩方面有着较好的效果，同时骨料级配也会影响混凝土结构的抗拉强度，因此，为预防收缩裂缝，应结合实际情况合理选择粗骨料。其次，合理控制粉煤灰等掺和料的用量。为强化混凝土性能，需要加强对粉煤灰、矿渣粉的选择，并结合实际需求适当添加纤维，以此增加混凝土的抗拉性能。再次，适当加入膨胀剂。通过膨胀剂使混凝土自身压应力和拉应力互相抵消，以此提升结构抗裂性能。最后，合理添加减水剂，降低毛细孔表面张力，实现对混凝土收缩变形的控制，强化早期养护。
4.2 配合比优化调整
配合比设计是影响混凝土质量的主要因素。不同配合比的混凝土含水量不同，各种材料的占比也存在一定差异，相应水化热反应强度、收缩情况等各不相同，因此，需要在施工前针对配合比展开试验，以此实现对配合比的合理优化。案例项目当中，混凝土配合比试验情况如表1 所示。
表1 混凝土配合比试验
经过试验发现，在龄期7 d 时，两种混凝土结构的抗压强度均已经超过标准要求，根据以往施工经验可知，很多道桥施工过程中，对于抗压强度的过分追求也可能会导致裂缝出现，因此，应从多个方面综合考量，在保障坍落度和强度满足要求的情况下，加强对于水化热以及收缩方面的关注，避免过度追求混凝土强度，而造成裂缝问题。
4.3 混凝土温度控制
混凝土不同入模温度对于裂缝出现的概率有一定影响，经试验，得到不同入模温度下，混凝土的峰值拉应力情况如表2 所示。由表2 可知，随着入模温度的升高，拉应力不断增大，会提高裂缝出现的概率。此外，混凝土入模温度也不应低于5 ℃，温度过低会使得混凝土停止水化。
表2 不同入模温度下的峰值应力
尤其在冬季施工过程中，外界环境温度较低，不仅会导致混凝土材料降温过快，还会增加混凝土结构内外温差，十分容易出现裂缝问题。对此应结合实际情况，采取合理的保温防护措施，以此降低裂缝出现的概率。相应温度控制应从以下两个方面入手：
一方面，在现场浇筑施工的过程中，进行沸水浇筑，以此实现对水体温度的有效控制。在此过程中值得注意的是，应加强对于水体温度的关注，并控制好相应加热阀门，以此避免水温降低，影响混凝土温度。
另一方面，做好混凝土运输过程的保温措施，由于冬季环境温度较低，为避免运输过程中混凝土温度下降过快，需要采取以下保温措施：
1）加强对于混凝土运输车辆的清理，避免杂质使混凝土产生温度效应；
2）合理设计运输路线，缩减运输时间，并保障匀速行驶，减少热量散失；
3）加强现场管理，避免不必要的等待时间；
4）谨防运输车漏水，影响混凝土质量。
4.4 混凝土浇筑温度
结合案例工程实际情况，针对不同环境温度下，混凝土结构的开裂情况展开分析。混凝土拉应力是反映其自身抗裂性能的主要指标，结合案例工程实际需求，分别对不同日平均气温以及温度变幅之下，混凝土拉应力强度进行试验，共计分为3 组进行试验，第一组为工况1～工况3，日平均气温17 ℃，气温日变幅分别为10 ℃、8 ℃、6 ℃；
第二组为工况4～工况6，日平均气温12 ℃，气温日变幅分别为10 ℃、8 ℃、6 ℃；
第三组为工况7～工况9，工况条件为日平均气温7 ℃，气温日变幅分别为10 ℃、8 ℃、6 ℃。试验结果如表3 所示。由表3 可知，环境温度的降低导致混凝土结构峰值拉应力不断增大，此外，气温日变幅越大，峰值拉应力越小，但是变化较小，可忽略不计。因此，在实际进行混凝土浇筑施工时，应尽量选择平均气温较高的天气进行浇筑施工，以此降低混凝土出现裂缝的概率[3]。
表3 不同工况下的峰值拉应力情况
综上所述，在实际进行道桥施工的过程中，为保障混凝土质量，降低裂缝出现的概率，应先明确混凝土裂缝出现的主要原因，可能是材料质量、配比以及环境和材料温度导致的，也可能是施工过程控制不到位引起的。对此，在施工时，应结合实际工程特点和情况，合理采取相应控制措施。本文以某冬季施工的道桥项目为例，着重针对材料配比以及温度影响因素进行分析和探讨，强调了对于材料质量、配合比的控制，以及对于混凝土入模温度和浇筑温度的把控，以此降低混凝土裂缝出现的概率，保障施工质量效果。相信随着人们对实际工况的重视，以及混凝土裂缝的研究，道桥工程中混凝土裂缝出现的现象将会得到良好控制。
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