淺談公路工程中混凝土裂縫的預(yù)防與處理

摘要:本文對混凝土裂縫的種類和產(chǎn)生的原因作較全面的分析、總結(jié), 并提出了有效預(yù)防處理措施, 以方便設(shè)計(jì)、施工找出控制裂縫的可行辦法, 達(dá)到防患于未然的作用。

關(guān)鍵詞:混凝土路面; 裂縫; 處理

1 前言

　　公路工程混凝土裂縫是工程中的一種既常見又難以預(yù)見和克服的現(xiàn)象, 它的出現(xiàn)會(huì)引起鋼筋的銹蝕, 混凝土的碳化, 降低材料的耐久性, 降低或破壞結(jié)構(gòu)的使用功能, 因此要對混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真的研究和分析, 采用合理的方法進(jìn)行處理, 同時(shí)在施工中采取各種有效的預(yù)防措施, 來預(yù)防和克服裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展, 確保結(jié)構(gòu)物和構(gòu)件的安全。

2 公路混凝土工程中常見裂縫及控制措施

2.1 干縮裂縫及預(yù)防

　　干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥漿中水分的蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生干縮, 且這種收縮是不可逆轉(zhuǎn)的。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果: 混凝土受外部條件的影響, 表面水分損失過快, 變形較大, 內(nèi)部濕度變化較小, 變形較小, 較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束, 產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。相對濕度越低, 水泥漿體干縮越大,干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫, 大體積混凝土中平面部位多見, 較薄的梁板中多沿其短向分布。干縮裂縫通常會(huì)影響混凝土的抗?jié)B性, 引起鋼筋的銹蝕而影響混凝土的耐久性, 在水壓力的作用下會(huì)產(chǎn)生水力劈裂影響混凝土的承載力等等?；炷粮煽s主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。

　　主要控制措施: ①選用收縮量較小的水泥, 一般采用中低熱水泥和粉煤灰水泥, 降低水泥的用量。②混凝土的干縮受水灰比的影響較大, 因此在混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量控制好水灰比的選用, 同時(shí)摻加合適的減水劑。③嚴(yán)格控制混凝土攪拌和施工中的配合比, 混凝土的用水量絕對不能大于配合比設(shè)計(jì)所給定的用水量。④加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù), 并適當(dāng)延長混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。冬季施工時(shí)要適當(dāng)延長混凝土保溫覆蓋時(shí)間, 并涂刷養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)。⑤在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置合適的收縮縫。

2.2 塑性收縮裂縫及預(yù)防

　　塑性收縮是指混凝土在凝結(jié)之前, 表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn), 裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)且長短不一, 互不連貫狀態(tài)。其產(chǎn)生的主要原因?yàn)? 混凝土在終凝前幾乎沒有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小, 混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí), 受高溫或較大風(fēng)力的影響, 混凝土表面失水過快, 造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮, 而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度又無法抵抗其本身收縮, 因此產(chǎn)生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時(shí)間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對濕度等等。

　　主要控制措施: ①選用干縮值較小早期強(qiáng)度較高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。②嚴(yán)格控制水灰比, 摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性, 減少水泥及水的用量。③澆筑混凝土之前, 將基層和模板澆水均勻濕透。④及時(shí)覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片等保持混凝土終凝前表面濕潤或者在混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。⑤在高溫和大風(fēng)天氣要設(shè)置遮陽和擋風(fēng)設(shè)施, 及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

2.3 沉陷裂縫及預(yù)防

　　沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟, 或回填土不實(shí)或浸水而造成不均勻沉降所致; 或者因?yàn)槟０鍎偠炔蛔? 模板支撐間距過大或支撐底部松動(dòng)等導(dǎo)致, 特別是在冬季,模板支撐在凍土上, 凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降, 致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫, 其走向與沉陷情況有關(guān), 較大的沉陷裂縫, 往往有一定的錯(cuò)位, 裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩(wěn)定之后, 沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

　　主要控制措施: ①對松軟土、填土地基在上部結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)進(jìn)行必要的夯實(shí)加固, 達(dá)到并滿足設(shè)計(jì)要求的地基承載力。

　?、诒ＷC模板有足夠的強(qiáng)度和剛度, 且支撐牢固, 并使地基受力均勻。③防止混凝土澆灌過程中地基被水浸泡。④模板拆除的時(shí)間不能太早, 且要注意拆模的先后次序。⑤在凍土上搭設(shè)模板時(shí)要注意采取一定的預(yù)防措施。

2.4 溫度裂縫及預(yù)防

　　溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中?；炷翝仓? 在硬化過程中, 水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱, 由于混凝土的體積較大, 大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā), 導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升, 而混凝土表面散熱較快, 這樣就形成內(nèi)外的較大溫差, 較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同, 使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí), 混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫, 這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當(dāng)溫差變化較大, 或者是混凝土受到寒潮的襲擊等,會(huì)導(dǎo)致混凝土表面溫度急劇下降, 而產(chǎn)生收縮, 表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束, 將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫,這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律, 大面積結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯(cuò); 梁板類長度尺寸較大的結(jié)構(gòu), 裂縫多平行于短邊; 深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行, 裂縫沿著長邊分段出現(xiàn), 中間較密。裂縫寬度大小不一, 受溫度變化影響較為明顯,冬季較寬, 夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細(xì), 而冷縮裂縫的粗細(xì)變化不太明顯。此種裂縫的出現(xiàn)會(huì)引起鋼筋的銹蝕, 混凝土的碳化, 降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。

　　主要控制措施: 盡量選用低熱或中熱水泥, 如礦渣水泥、粉煤灰水泥等; 減少水泥用量; 降低水灰比; 改善骨料級配摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量, 降低水化熱, 改善混凝土的攪拌工藝, 降低混凝土的澆筑溫度; 在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑, 改善混凝土拌合物的轟動(dòng)性、保水性, 降低水化熱, 推遲熱峰的出現(xiàn)時(shí)間; 高溫季節(jié)澆筑時(shí)可以采用搭設(shè)遮陽板等輔助措施控制混凝土的溫升,降低澆筑混凝土的溫度; 大體積混凝土的溫度應(yīng)力與結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān), 混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大, 溫度應(yīng)力越大, 因此要合理安排施工工序, 分層, 分塊澆筑, 以利于散熱, 減小約束; 在大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻管道, 通冷水或者冷氣冷卻, 減小混凝土的內(nèi)外溫差; 加強(qiáng)混凝土溫度的監(jiān)控, 及時(shí)采取冷卻、保護(hù)措施; 預(yù)留溫度收縮縫; 減小約束, 澆筑混凝土前宜在基巖和老混凝土;鋪設(shè)5mm 左右的砂墊層或使用瀝青等材料涂刷; 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù), 混凝土澆筑后, 及時(shí)用濕潤的草簾、麻片等覆蓋, 并注意灑水養(yǎng)護(hù), 適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間, 保證混凝土表面緩慢冷卻, 在寒冷季節(jié), 混凝土表面應(yīng)設(shè)置保溫措施, 以防止寒潮襲擊; 混凝土中配置少量的鋼筋或者摻入纖維材料將混凝土的溫度裂縫控制在一定的范圍之內(nèi)。

2.5 化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫

　　堿骨料反應(yīng)裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中最常見的由于化學(xué)反應(yīng)而引起的裂縫?；炷涟韬虾髸?huì)產(chǎn)生一些堿性離子, 這些離于與某些活性骨科產(chǎn)生化學(xué)反空并吸收周圍環(huán)境中的水而體積增大, 造成混凝土疏松、膨脹開裂, 這種裂縫一般出現(xiàn)中混凝土結(jié)構(gòu)使用期間, 一旦出現(xiàn)很難補(bǔ)救,因此應(yīng)在施工中采取有效措施進(jìn)行預(yù)防。

　　主要的控制措施: ①選用堿活性小的砂石骨科。②選用低堿水泥和低堿或無堿的外加劑。③選用合適的摻和料抑制堿骨科反應(yīng)。由于混凝土澆筑, 振搗不良或者是鋼筋保護(hù)層較薄, 有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土使鋼筋產(chǎn)生銹蝕, 銹蝕的鋼筋體積膨脹, 導(dǎo)致混凝土脹裂, 此種類型的裂縫多為縱向裂縫, 沿鋼筋的位置出現(xiàn)。

3 裂縫處理

　　裂縫的出現(xiàn)不但會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體性和剛度, 還會(huì)引起鋼筋的銹蝕, 加速混凝土的碳化, 降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗?jié)B能力。因此根據(jù)裂縫的性質(zhì)和具體情況我們要區(qū)別對待,及時(shí)處理。建筑物的混凝土裂縫的修補(bǔ)措施主要有以下一些方法: 表面修補(bǔ)法, 灌縫、嵌縫封堵法, 結(jié)構(gòu)加固法, 混凝土置換法, 電化學(xué)防護(hù)法以及仿生自愈合法。

3.1 表面修補(bǔ)法

　　表面修補(bǔ)法是一種簡單、常見的修補(bǔ)方法, 它主要適用于穩(wěn)定和對結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進(jìn)裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿。環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料, 在防護(hù)的同時(shí)為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開裂, 通?？梢圆捎迷诹芽p的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

3.2 灌漿、嵌縫封堵法

　　灌漿法主要適用于對結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ), 它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中, 膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個(gè)整體, 從而起到封堵加固的目的。常用的膠結(jié)材料有水泥漿, 環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法, 它通常是沿裂縫鑿槽, 在槽中嵌填塑性或剛性止水材料, 以達(dá)到封閉裂縫的目的, 常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等; 常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

3.3 結(jié)構(gòu)加固法

　　當(dāng)裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)的性能時(shí), 就要考慮采取加固法對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。結(jié)構(gòu)加固中常用的主要有以下幾種方法: 加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積, 在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固。

3.4 混凝土置換法

　　混凝土置換法是處理嚴(yán)重?fù)p壞混凝土的一種有效方法, 此方法是先將損壞的混凝土剔除, 然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有: 普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。