混凝土桥梁早期裂缝的成因与防治

　　1概述混凝土桥梁的裂缝问题是一个复杂、常见而又难以控制的问题。近年来随着泵送施工技术的发展，高强、超高强大体积混凝土的一次性浇注（如上海金茂大厦一次性浇注C50级混凝土13500m3），使混凝土裂缝的控制变得更为复杂。近代科学关于混凝土的亚微观研究以及大量的工程实践所提供的经验都说明：从混凝土水化的本质来说，残余应力是必然存在的，因而混凝土桥梁中的细微发裂总是避免不了。从设计上讲，所谓梁体设计时不允许开裂也只能是相对不大于0.05mm初始裂缝的结构而言。实际上，宽度在0.1~0.2mm以下的裂缝一般是看不出来的，不裂状态对桥梁的使用性能来讲是不必要的。一般我们需要控制的只是防止粗裂纹的发生，对细裂纹，则只能根据环境和混凝土的具体情况，将其限制在一个容许的裂缝宽度之内。

　　2混凝土早期裂缝的分析从裂缝起因来看，裂缝主要分为因外荷载应力引起的裂缝和变形变化引起的裂缝两大类。根据国内外有关的调查资料，前者约占20后者约占80.化学收缩与水泥中C3A和SO3含量有关，掺用的矿物细掺料越细，活性越高，化学收缩越大。

　　干燥收缩是指混凝土停止养护后，在不饱和的空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩，它不同于干湿交替引起的可逆收缩。随着相对湿度的降低，水泥浆体的干缩大。在桥梁工程中，混凝土一般不会连续暴露在使水泥浆体中C一S―H失去结构水的相对湿度下，故引起收缩的原因主要是失去毛细孔和凝胶孔的吸附水。混凝土的水灰比和水化程度、水泥的组成和用量、细掺料和外加剂、集料的品种和用量等因素影响干燥收缩。

　　塑性收缩是指在塑性阶段的混凝土因表面失水产生的收缩。混凝土在新拌状态下，拌和物中颗粒间充满水，若养护不足，表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率，会造成毛细管中产生负压，使浆体产生收缩。对水灰比很低的HSC（PC），自由水份少，更容易发生塑性收缩而致使混凝土表面开裂。影响混凝土塑性收缩开裂的内部因素是水灰比、细掺料、混凝土的温度和凝结时间等；外部因素是风速、环境温度、相对湿度等。控制塑性收缩有效的方法是终凝前保持混凝土表面的湿润，如在表面覆盖塑料薄膜、喷洒养护剂等。

　　2.2.2收缩裂缝的特征混凝土梁的收缩裂缝一般从混凝土表层开始向深处发展，有时会在混凝土保护层出现环向裂缝，而核心却没有，这是因为混凝土干缩到达核心部分后受纵向钢筋的阻止而停止深入。

　　混凝土的干缩开裂的原因很复杂，通常遇到的干缩开裂是因为浇注混凝土时用水量过多所致。干缩裂缝腹壁上，并且一般出现在梁中段的腹壁中部，沿梁垂直方向排列，裂缝中间宽大，两端渐窄，上不到顶，下不到底，呈“枣核”形。干缩开裂常发生在其凝固过程中，并与混凝土的抗拉强度同步长，其显著特征是与荷载无关，常在无外荷载作用下出现开裂，并且裂缝比较稳定。如裂缝出现在根本不承重的连系梁、构造梁上，并且一旦出现裂缝，若没有其他影响，一般裂缝宽度不会再有太大变化，这与温度裂缝不同。

　　2.3混凝土沉缩裂缝混凝土因流动性不好或捣实欠佳，或在混凝土硬化前有沉缩或沉缩不足就会发生裂缝。通常此类裂缝在混凝土尚处于塑性阶段（浇注后1~3h）沿梁上面或板上面钢筋的位置发生，裂缝呈梭形，深度通常达到钢筋面。有些学者将此类裂缝也称为塑性裂缝。

　　3早期裂缝的控制与防治措施虽然裂缝问题是个比较复杂的问题，但只要从设计上、施工中注意进行控制，一般也不会出现较大问题。

　　温度、收缩裂缝从出现到发展，一般均有一段过程，因此常会在工程竣工交付使用后的一段时间内出现。因温度、收缩引起的裂缝一般不影响结构的正常使用，为了防止空气中的水分渗入混凝土而使钢筋锈蚀，一般需对宽度大于0.2mm的有害裂缝“对症下药”进行修补。修补方法可采用灌注环氧树脂或采用真空泵。在施工中一般应以预防为主，进行裂缝的控制，下面针对目前应用广泛的大体积混凝土、高强混凝土、泵送混凝土各自的特点，分别提出以下防治措施。

　　3.1大体积混凝土3.1.1设计方面要实现对大体积混凝土温度裂缝进行有效控制，在设计上应配构造钢筋以提高结构抗裂性能。若能沿混凝土表面设置较细较密的温度钢筋，则可以提高混凝土表面的极限拉伸值，使混凝土表面由温差、收缩等引起的变形能均匀分布，当配筋率为1~2时，收缩可减少30~50.如京广线武广段的南津港大桥承台施工时，尝试在距混凝土表面20mm处设置把一100mmX300mm的钢丝网来承受温差和收缩可能引起的表面裂缝，取得了较好的效果。

　　设计上要避免在结构断面处产生应力集中。

　　常出现在钢筋混凝土薄腹ik有较高1较窄黄的特点e还可考虑利用后期强度如60d、90 d的强度，这样bookmark1在混凝土配合比的设计上要尽量减少水泥用量，优先选用低热、中热水泥；混凝土水灰比、坍落度、砂率等参数在满足施工工艺要求的条件下，尽可能降低；使用减水剂、粉煤灰、膨胀剂等也极为必要。依据工程可进一步减少水泥用量，从而降低水化热和减少收缩。

　　上海金茂大厦C50级泵送大体积混凝土配合比设计时，掺用粉煤灰、减水剂并利用56d强度，使单方水泥用量降至420kg大大降低了混凝土水化热，取得了良好的效果。

　　3.1.2施工方面在施工过程中要注意严格控制混凝土原材料的质量，特别是骨料含泥量（我国砂、石标准对含泥量的限值较宽松，对裂缝控制不利）应尽量减少，因为含泥量的加使混凝土抗拉强度大幅度降低。

　　振捣应密实，在施工条件允许的情况下，宜进行二次振捣，以改善混凝土强度，提高抗裂性，同时还可有效防止塑性裂缝。

　　喷洒养护剂或采取分层养护的方法也是控制裂缝的有效手段。

　　3.2高强混凝土配合比设计应尽量降低水泥用量；（2）掺用活性超细掺合料替代部分水泥；施工过程中加强施工管理，严格质量控制，严禁随意改变混凝土配合比；混凝土洒水养护的时间应当适当延长2 ~3d尤其注意早期养护，在有条件的情况下，可喷洒养护剂，这样可以有效防止干缩裂缝和塑性裂缝的出现。在炎热的夏季，浇注的混凝土中温度很高，水分蒸发速度加快，失水造成的裂缝常可达0.1~0.3，长度可达1m以上，故更应加强混凝土的养护。

　　3.3泵送混凝土对泵送混凝土，在设计上本着满足施工工艺的条件下，遵照尽量减小施工坍落度、降低砂率、减少水泥用量、掺加活性细掺料、使用减水剂、膨胀剂等原则进行混凝土配合比的优选设计。同时，在施工过程中严格选材、加强养护仍是控制裂缝的有效措施。

　　4结语混凝土裂缝本身是一个较复杂的问题，它涉及到混凝土的材性、构性及施工环境等各方面的问题。在许多情况下，混凝土集各种特征于一身，如高强、大体积泵送混凝土，这时的裂缝问题就更复杂，但只要注意以下几个方面一般是可以实现对早期裂缝的有效控制。

　　（2）在满足强度、耐久性、运输、泵送、浇注等施工要求时，尽量降低砂率、水泥浆含量和施工坍落度。