桥跨混凝土早期裂缝产生的原因及预防修复措施和修复后的质量检验方法

桥跨混凝土早期裂缝产生的原因及预防修复措施和修复后的质量检验方法

李江稳

长沙市市政工程有限责任公司 湖南 长沙 410000

摘要：从1952年建设第一座长江大桥——武汉长江大桥，和1956年中国第一片预应力混凝土梁，我国桥梁建设历经70余年的飞速发展，截止至截至2022年底，我国拥有公路桥梁103.3万座，尤其是新世纪以来，我国经济发展突飞猛进，中国桥梁更是创下了多个世界之最，已经名扬海外，桥梁已成为中国建造的新名片。混凝土具有较高的强度和耐久性，且易于加工成复杂的结构形式,因此混凝土在桥梁工程中得到了广泛的应用。但桥梁施工的单一性和混凝土材料的复杂性，使得混凝土施工成为了质量管理的关键点和难点，加上部分桥梁的年久缺少维护，使得桥梁混凝土裂缝病害时有发生，因此此文章将从桥跨混凝土裂缝产生的主要原因、预防措施、修复方法以及修复后的检验提出具体且实用的方法，以供参考。

关键词：桥跨混凝土；早期裂缝；原因；预防修复；措施

1桥跨混凝土裂缝的危害和修复的必要性

桥跨结构钢筋混凝土是由钢筋和混凝土组成的复合受力材料，受力原理是由混凝土承受压力，钢筋承受拉力，共同承受荷载，细微裂缝虽然对桥跨混凝土受力影响很小，但开裂造成的化学侵蚀、冻融循环、碳化、钢筋锈蚀、碱集料反应等会直接影响结构的耐久性和使用寿命。经大量试验证明，采用正确的修复方法和材料，可使修复后的裂缝抗拉强度大于混凝土本身抗拉强度。通过对裂缝进行修复，以较小的费用，确保桥梁的安全稳定性，延长桥梁使用寿命，降低桥梁全寿命周期费用，节约投资，创造较好的社会和经济效益。

2桥跨混凝土裂缝产生的主要原因分析和预防措施

2.1配合比不合理

桥跨结构砼强度设计强度普遍在C50及以上，部分商混站为保证强度（尤其是早期强度），配合比取消了粉煤灰，加大水泥和矿粉用量，使其胶凝材料用量超出设计和规范上限，此配合比拌和的砼在高温季节浇筑后24小时内强度往往就可以达到30Mpa以上，3-4天可以达到张拉强度，7天达到设计强度，造成经济上的浪费和质量上的风险。考虑到矿粉在高强度砼中已经起到等量代替的作用，掺量过多会导致高温季节砼浇筑后高水化热峰值产生温缩裂缝。大量的试验表明,合理掺量的粉煤灰对混凝土早期收缩有抑制作用；矿粉的掺入可明显提高砼早期强度，但会导致混凝土早期收缩开裂的增大；双掺粉煤灰和矿粉,可对混凝土的早期收缩及开裂性能进行调节。考虑到混凝土裂缝主要出现在夏季高温季节，且高温季节混凝土早期强度增长很快，因此施工单位应提前和混凝土搅拌站沟通，针对高温和低温季节不同的施工环境优化配合比，通过不同的配合比，达到既能降低高温季节混凝土水化热峰值，也能保证低温季节混凝土的早期强度。

2.2原材料不合格和选择不当

集料良好的连续级配可以降低砂率和空隙率，从而降低集料比表面积，达到在满足强度以及和易性的提前下减少浆体用量，抑制混凝土的收缩开裂。由于河砂限制开采，混凝土细集料较多采用级配相对较差的机制砂（石粉含量和粗颗粒较多，中间断档），建议高强度混凝土在条件允许的情况下，使用级配较好的河砂，保证粗集料的连续级配，在选择低水化热水泥的同时，使用缓凝型高效减水剂降低水灰比和水泥用量，对延长混凝土初凝时间、降低水化热峰值和减少混凝土失水收缩有很明显的效果。

2.3浇筑、养护不当

高温天气应选择在夜间浇筑，在满足下层混凝土初凝前完成上层混凝土浇筑的前提下，混凝土浇筑速度不宜过快，充分利用层间散热，分层浇筑振捣密实，初凝后立即覆盖保湿养护，白天应采取防晒措施。高强混凝土胶凝材料掺量大，高温季节硬化后即出现水化热峰值，混凝土的水化热峰值温度通常在40℃到70℃之间，芯部可达到70℃，此时拆模后如果用井水、自来水等低温水以浇水的方式养护，将引起混凝土剧烈的不均匀收缩，导致温缩裂缝的产生。建议使用混凝土养护剂，阻止混凝土水分蒸发，大大减少温度不均引起的混凝土收缩，或采用常温水雾喷的方式养护。以上两种养护方式皆能达到养护和缓解混凝土内部与表面，表面与大气温差的作用。

2.4混凝土结构形状的影响

混凝土结构形状直接影响其表面系数的大小和收缩应力的分布与释放，以上两大指标又直接决定混凝土抵抗收缩裂缝的能力。空腔形的箱梁相对于高大实心的T形梁拥有较大的表面系数，散热效果更佳，可以有效降低混凝土的水化热峰值和释放其收缩应力，抗裂能力远大于T形梁。目前普遍将混凝土收缩视为均匀收缩，但混凝土表面系数相对小的结构,水泥水化热释放比较集中,内部升温较快，当内外温差较大，混凝土收缩系数不一致，不均匀的温度收缩，将在混凝土中产生拉应力,导致混凝土浮现收缩裂缝。实践证明，当不同位置的混凝土塑性收缩受到钢筋、结构尺寸、截面形状等条件约束时,也将产生不均匀收缩，如T梁的横隔梁和腹板十字交叉的同时又和翼板T形相交，多方向的收缩均会受到不同程度的限制，因此不均匀温度收缩和塑性收缩是混凝土出现收缩裂缝的重要原因，结构形状复杂的混凝土构件更应注意裂缝的预防和控制。

图1 T梁

3混凝土裂缝修复方法

混凝土裂缝修复应建立在强度等性能符合设计要求，或者虽然达不到设计要求，但是经过原设计单位核算认可能够达到满足结构安全和使用功能的前提下进行。裂缝修复应由有相应资质（结构补强）的专业队伍负责施工，为了保证桥跨结构的耐久性和修复加固方案的针对性，修复前应由有有资质的检测单位对裂缝进行检测，根据检测报告制定修复加固方案，对于宽度＞0.1mm裂缝，需要恢复开裂构件的整体性能和抗拉强度，应采用壁可法低压慢注环氧树脂压注胶修复；对于宽度≤0.1mm的微裂缝可只对其表面进行封闭，应采用表面封闭法用环氧树脂封闭胶封闭修复；对混凝土表观有要求的可根据相关要求进行修饰，保证施工后整洁美观。施工工艺和过程质量控制应符合《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB50550-2010要求，修补裂缝用的胶液性能应符合《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB50728-2011要求并具有生产厂家提供的产品合格证、检测报告和使用说明书。应注意，当需要恢复开裂构件的整体性能和抗拉强度时，应使用“裂缝修复用压注胶”，避免和“裂缝封闭用压注胶”混淆。

图2 注胶修复

4裂缝修复后的质量检验与判定

4.1表面封闭法的质量检验与判定

修复完成后应通过观察、测量、触摸等方法对全部裂缝进行表观质量（结块、气泡、色泽、均匀度）、厚度和宽度等检查验收，检查项目、数量和方法以及合格标准应符合《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB50550-2010要求。

图3 表面封闭法

4.2壁可法修复的质量检验与判定

桥跨混凝土的检验按目的可分为超声波法和钻芯法，不管采用何种方法，等胶液固化时间达到7天时应立刻进行检验。当裂缝修复使用“裂缝封闭用压注胶”，仅用于封闭、填充裂缝，对恢复开裂构件的整体性能和抗拉强度不做要求时，可使用超声波法对胶液的饱满度进行检验，抽检数量为裂缝总数的10%，且不少于5条，饱满度不小于90%即为合格。当使用“裂缝修复用压注胶”，对恢复开裂构件的整体性能和抗拉强度有要求时，应在达到规定固化时间后立即进行钻芯取样，检查芯样裂缝是否被胶体填充密实和饱满，是否粘结完整。钻芯数量为同类型同批次抽查10%，且不少于3条裂缝，每条钻取芯样1个，芯样应骑缝钻取，避开内部钢筋，芯样直径不少于50mm，取芯后留下的孔洞应采用掺有石英砂的结构胶或强度等级较原构件提高一级的细石混凝土填充密实。芯样检验应采用劈裂抗拉强度试验方法，当试验结果符合下列条件之一时可判定为合格：①沿裂缝方向施加的劈力，其破坏应发生在混凝土内部，即内聚破坏；②破坏虽有部分发生在裂缝界面上，但这部分破坏面积不大于破坏面总面积的15%。对恢复开裂构件的整体性能和抗拉强度有要求时，在用钻芯法进行检验的基础上，建设单位有要求且条件允许的情况下，也可适当抽检进行静载试验，试验方法应按照桥梁设计图纸要求和《公路桥梁荷载试验规程》JTG/TJ21-01—2015进行。

结束语

本文仅从施工角度出发，围绕混凝土桥跨结构本身主要讨论分析大家容易忽视造成裂缝的原因和切实可行的预防、修复、验收措施。预制梁的台座和现浇梁的支架沉降，以及商混站等因素造成的裂缝，本文未过多分析叙述。

参考文献：

[1]郭曙光.某预应力混凝土连续箱梁裂缝成因分析[J].工程技术研究,2020,5(09):176-177.

[2]韩朝辉,宁晓骏,张清旭,等.基于均匀试验的混凝土裂缝宽度影响因素分析[J].工业安全与环保,2020,46(04):21-23+59.

[3]崔光维.大跨预应力混凝土连续刚构桥箱梁裂缝原因与防治对策[J].交通世界,2018(12):118-119+131.

[4]郝宝永.城市桥梁裂缝成因分析及防治研究[D].哈尔滨工业大学,2017.

[5]薛兴伟.大跨PC梁桥跨中下挠及裂缝控制研究[D].暨南大学,2014.

[6]白晨勇.预应力钢筋混凝土连续刚构桥跨中下挠成因分析与对策研究[D].长安大学,2013.