混凝土裂缝控制技术在桥面系施工中的应用
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摘要：裂缝是混凝土建筑物主要的老化病害之一，主要由干缩、砼自身质量、水泥水化热、温度、钢筋锈蚀、地基变形、碱骨料反应等造成。通过各种造成混凝土裂缝的原因，对混凝土裂缝控制进行分析、总结和应用。
关键词：混凝土裂缝，混凝土收缩，裂缝控制, 裂缝修补；
Abstract: This paper is a conclusion and discussion of crack control of concrete. And in according to analyzing the reason of crack of concrete, make research of the crack control of concrete.
引言：在尼日利亚施工，由于天气炎热，对于大体积混凝土施工后经常出现的混凝土裂缝，影响混凝土的外观和质量。因此在阿夸衣博州19公里项目小桥的施工对混凝土的裂缝进行严格控制，并以此展开，对混凝土裂缝控制进行总结。
一、混凝土裂缝的主要原因有：
从微观上看，混凝土是由水泥、砂、石、空气、水组成的多相结合体，由于混凝土的组成材料、微观构造以及所受外界影响的不同，混凝土裂缝产生的原因也有很多种：
1、大体积混凝土水化时产生的大量水化热得不到散发，导致混凝土内外温差较大使混凝土的形变超过极限而引起的裂缝：
2、混凝土在硬化的过程中由于干缩引起的体积变形受到约束时产生的裂缝，这种裂缝的宽度有时会很大，甚至会贯穿整个构件。
3、在大厚度的构件中，由于混凝土的塑性塌落受到模板或顶部钢筋的抑制，在浇捣后数小时会发生这种由于混凝土塑性塌落引起的裂缝。
4、当有约束时，混凝土热胀冷缩所产生的体积胀缩因为受到约束力的限制，在内部产生了温度应力，由于混凝土抗拉强度较低，容易被温度引起的拉应力拉裂从而产生温度裂缝。（由于太阳曝晒产生裂缝是工程中最常见的现象）
5、混凝土加水拌和后，水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起反应，析出的胶状碱—硅胶从周围介质中吸水膨胀，体积增大到三倍从而使混凝土胀裂产生裂缝。
6、在炎热或大风天气，混凝土表面水分蒸发过快以及混凝土水化热高等，在混凝土浇筑后数小时仍处于塑性状态时易产生塑性收缩裂缝。
7、构件承受荷载所产生的裂缝：如构件在均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯矩，出现垂直于构件纵轴的裂缝；构件在较大剪力作用下，产生斜裂缝，并向上、下延伸。
8、当结构的基础出现不均匀沉降时，结构构件受到强迫变形，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。
9、当钢筋混凝土构件处于不利的环境中，如海洋等时，由于混凝土保护层厚度过薄，特别是混凝土的密实性不良，环境中的氯离子和溶于海水中的氧会使混凝土中的钢筋生锈生成氧化铁。氧化铁的体积比原来金属的体积大得多，铁锈体积膨胀，对周围混凝土挤压，使混凝土胀裂。这种裂缝一般沿钢筋方向，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，这种顺筋裂缝对耐久性的影响较大。
二、混凝土裂缝的控制：
1．控制干缩裂缝
混凝土的干缩裂缝主要是由于毛细管压力造成的。毛细管孔隙在干燥过程中逐步失水，产生很大的毛细管张力，混凝土体积产生收缩，由于混凝土周围存在约束，内部又有拉应力，当拉应力超过混凝土材料抗拉强度时，便产生了干缩裂缝。
干缩裂缝的控制方法有：
1.1降低混凝土单位用水量：用水量的增加势必使剩余水增加，因此，从确保混凝土耐久性出发，通过添加减水剂降低混凝土单位用水量。
1.2水泥的影响：不同水泥，混凝土收缩也不同，按收缩值大小排序：矿渣水泥>普通水泥>粉煤灰水泥。
1.3降低混凝土周围约束：若混凝土周围约束过大，内部拉应力无法释放，拉应力增大而使混凝土干裂，因此，应减少混凝土的分仓长度，以使混凝土内部拉应力能够充分释放。
1.4添加膨胀剂：适量添加膨胀剂后可以使混凝土体积膨胀，在混凝土内部产生压应力，部分抵消了混凝土因毛细孔隙干燥而产生的拉应力，从而起到控制干缩裂缝的作用。
2．控制混凝土因自身质量欠缺而形成的裂缝
高强混凝土水泥的强度等级和水泥用量相对较高，开裂现象比较普遍，因此，高强混凝土不一定是高性能混凝土，而高性能混凝土因具有较高的体积稳定性，收缩变形较小而使抗裂性能大大提高，同时高强混凝土必须采用高效减水剂和超细活性掺和料作为混凝土的第五和第六部分，来提高混凝土的密实性和抗渗能力。
3．控制水化热开裂
水泥水化后放出大量的热量，使混凝土内外形成较大的温差，从而在温度应力的作用下形成裂缝。特别是在夏季施工，中午气温一般在摄氏37°C，露天存放的石子表面温度可达摄氏50°C，砼出机口温度在摄氏30°C左右，混凝土水化后内部温度更高。为控制混凝土水化开裂，施工中采用了以下措施。
3.1骨料降温
骨料的温度控制主要通过搭盖凉棚和洒水降温来进行。搭盖凉棚可避免太阳光直射，减少骨料吸热，浇筑前2～3小时再用井水对粗骨料进行充分的洒水降温。采取以上方法降温后，浇筑前粗骨料内部温度约为24°C，细骨料内部温度约为26°C，降温效果比较明显。
3.2加冰降温
在混凝土浇筑前购入冰块，砸成粒径约3cm的小块加入砼生料中，充分拌合后量取出机口温度，根据出机口温度来确定加冰量。实际工作中，出机口的控制温度为18°C，混凝土单方用冰量在60kg左右。因冰块破碎工作量较大，粒径也很难控制，加入冰块后还需延长拌和时间，降低了混凝土浇筑速度，为克服该问题，实际工作中多采用拌和水降温的方法，即把冰块稍加破碎后放入拌和水池中来降低水温。用此方法，通常能够把拌和用水的温度降至摄氏3～7°C左右。
3.3夜间浇筑
白天气温较高，即使采用多种降温措施也很难保证混凝土的入仓温度，而夜间浇筑——特别是后夜浇筑，气温相对较低，采取温控措施后，比较容易控制砼的入仓温度。因此，工作中多把其他工序的施工安排在白天进行，而把混凝土浇筑安排在夜间进行。
4．混凝土养护
由于采用普通硅酸盐水泥和泵送施工工艺，砼早期水化热较大。经量测，一般在浇筑后24h左右，内部温度即达到最大值（约330°C），而此时因规范要求钢模板尚不能拆除，还不能直接进行表面洒水降温，为降低混凝土温度，除尽量降低水灰比外，在浇筑完毕后18h即开始对钢模板表面进行不间断的洒水降温，拆模后对混凝土表面进行全天候养护至14天，此时洞室衬砌后的混凝土内部温度已降至180C。通过拆模前是否对钢模板表面洒水降温的对比观察，采取对钢模板表面洒水降温的，明显比未对钢模板表面洒水降温的混凝土产生裂缝少的多，因此，混凝土养护应从模板面的洒水降温开始。
5．控制钢筋锈蚀引起的裂缝
钢筋锈蚀后体积膨胀2～4倍，对周边混凝土产生压力，可能产生顺筋裂缝，甚至脱落，从而影响建筑物的使用。而钢筋锈蚀多为气蚀、电离引起。因此，本工程自一开始就注意了钢筋的锈蚀问题，并从以下几个方面对钢筋锈蚀加以控制的。
5.1钢筋出厂时，其表面有一层致密的氧化薄膜，可以对钢筋起到一定的保护作用，但该薄膜遇水或受潮后因水的微酸性而脱落，使钢筋酸性氧化而锈蚀。因此，钢筋原材料和加工后的半成品均应作防潮处理。具体的做法是架空放置和上盖防水雨布。
5.2钢筋安装前表面清洁处理
钢筋安装前，其表面必须洁净、无污物，对已发生锈蚀的部位，必须用钢丝刷和砂布打磨干净，以保证钢筋与混凝土的有效结合，同时也可防止因电离而发生锈蚀。
5.3降低砼水灰比和增加混凝土和易性。
5.4加强振捣，提高混凝土致密性，减小混凝土炭化速度，使钢筋有足够长的时间不接触空气。
在本项目小桥桥面系施工过程中，由于当地很难求购大量的冰块，故只能够对骨料进行洒水降温。严格控制水灰比。加强对混凝土的养护，一般来说膨胀混凝土淋水养护须7～14D，最少为7D，在混凝土终凝后2D即可开始浇水养护，而混凝土的膨胀值一般要14D才基本稳定。在桥面系周围用沙袋围堰并向内注水，加麻袋片在桥面系表面，使其表面始终处于潮湿条件。经检验出现的裂缝极少。
6．采用二次抹压技术
混凝土大模振捣，表层刮平抹压1~2小时后，即在混凝土初凝前在混凝土表面进行二次抹压，消除混凝土干缩、沉缩和塑性收缩产生的表面裂缝，增加混凝土内部的密实度。但是，二次抹压时间必须掌握恰当，过早抹压没有效果；过晚抹压混凝土已进入初凝状态，失去塑性，消除不了混凝土表面已出现的裂缝。
三、混凝土裂缝的修补
问题出现了，解决它的方法自然而然也随之产生。随着施工经验的积累，现在混凝土裂缝修补的方法有很多：如表面修补法、灌浆嵌缝封堵法、结构加固法、混凝土置换法、电化学防护法、仿生自愈合法等等，其中灌浆嵌缝封堵法又可分为压力注浆法、开槽填补法和涂膜封闭法三种。
低压注浆法适用于宽度为0.2~0.3mm的混凝土裂缝修补。修补工序如下：裂缝清理—粘贴注浆咀和封闭裂缝— 试漏 — 配制注浆液 — 压力注浆 — 二次注浆 — 清理表面。
当裂缝数量较多时，先要在预计要贴的裂缝位置贴上医用白胶布，再用窄毛刷将封缝用浆沿裂缝来回涂刷。使裂缝封闭，大约10分钟后，揭去胶布条，露出小缝。固化后周边可能有裂口，必须反复用浆补上，以避免注浆时漏浆。注浆操作一般在粘咀的第二天进行，若气温高的话半天就可注浆。操作时先用补缝器吸取注浆液，插入注浆嘴，用手推动补缝器活塞，使浆液通过注浆咀压入裂缝，当相邻的裂缝中流出浆液时，就可以拔出补缝器，堵上铝铆钉。一般由上往下注浆，水平缝一般从一端向另一端逐个注浆。为了保证浆液充满，在注浆后约半小时可以对每个注浆咀再次补浆。
涂膜封闭法适用于宽度小于0.2mm的微细裂缝的修补，也可用于混凝土外表面的装饰和防水处理，以及防止混凝土保护层的炭化和有害离子对混凝土的腐蚀。工序为：清扫—刮腻子—涂刷底层涂料—涂刷主层涂料—涂罩面层。
混凝土表面裂缝、气孔和缺陷先用腻子（混凝土修补胶：粉料=1：1.8~2.0）填充补平，待干后用砂布磨平，再进行底层涂刷（混凝土修补胶：粉料=1：0.7~0.8），涂料在使用前要通过铁窗纱过滤，除去杂质和团块。主层涂料要涂刷三遍，每遍涂刷都要等上遍涂料干后再涂，且两次涂刷方向最好是相互垂直。
开槽填补法适用于结构允许开槽而宽度较大但数量不多的裂缝，如墩台或路面混凝土的裂缝。工序为：开槽—涂刷界面处理浆—压抹聚合物砂浆—养护。
先用凿子和扁铲沿裂缝开槽，槽深和宽约3~5cm，呈U型，用刷子在槽底和两壁均匀涂刷一层界面处理浆，在界面处理浆尚未硬化之前，将拌制好的聚合物水泥砂浆用抹刀压入槽中，压实抹平。在养护时不需要浇水，在湿空气中即可，养护期间不得淋雨、日晒或风吹，最好覆盖一层塑料薄膜。
这三种方法可以单独使用，也可以同时使用。例如桥梁裂缝的修补可先注浆,在涂膜封闭；而对于路面、墩台的粗大裂缝则采用开槽填补发为宜；为了防止钢筋锈蚀，混凝土受到有害离子的腐蚀，则可以采用涂膜防水处理。
本工程对于施工的十字梁中出现的裂缝使用开槽填补法对混凝土裂缝修补剂进行修补：首先用切割机在裂缝两边出宽×深=1.2cm×1.0cm的小槽，凿除混凝土，清理干净。再直接用水泥与修补剂配成水泥砂浆修补膏进行修补。具体操作如下：用毛笔或小刷子在混凝土裂缝处涂刷裂缝修补剂两遍，待以上涂膜干燥后，选用普通硅酸盐水泥，用修补剂调成水泥净浆修补膏即可使用。（配比为：修补剂：水泥=1：3.5）裂缝填补分为两次，第一次填补0.5 cm深，第二次填补浆体高出混凝土表面2~3m m。裂缝修补后除采用薄膜覆盖，防止因雨淋等因素降低修补效果外。
小结：通过混凝土裂缝控制技术的掌握，在AK19公里项目小桥桥面系施工中，桥面系大体积混凝土开裂问题得到妥善处理。在摊铺桥面沥青混凝土时在桥面板上很难看到混凝土裂缝。在此希望与各位同事一起研讨混凝土裂缝控制技术。
参 考 文 献：
[1] 黄河小浪底水利枢纽泄洪工程(Ⅱ标)技术规范[S]。1994。
[2] 黄河小浪底水利枢纽温控观测及实施分析报告[R]。黄河水利委员会设计院，1999.
[3] 李国伟 翟春明，混凝土裂缝控制技术在小浪底水利枢纽洞室衬砌工程中的应用。2007。
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