混凝土桥面裂缝成因分析及治理方法研究_许将.pdf

运输经理世界交通安全与养护0引言进入 21 世纪，高性能混凝土在公路建设领域开始大规模应用和普及，为了满足桥梁等结构物的高耐久性、方便施工及施加预应力的强度匹配性，所使用的混凝土大多采用了低水胶比、大掺量矿物掺和料和较多的胶凝材料用量，并使用高性能减水剂来保障施工阶段混凝土的流动性。但是，在工程实践中也发现上述特征的高性能混凝土相比于传统的混凝土塑形收缩相对较大，对混凝土原材料品质、生产及施工管控要求较高，如果管理不善，则混凝土容易出现开裂等品质问题。1工程概况某互通立交桥主线共设置现浇箱梁 6 联，匝道共设置现浇箱梁 36 联，现已施工主线现浇 3 联、匝道现浇 2 联，裂缝主要出现在主线桥左幅第 19 联桥面，为该标段第一段现浇的箱梁。左幅第 19 联设计为 5 跨，即 84#墩至 89#桥台，为主线桥与 E 匝道交叉，设计长度 为 100m，梁 高 为 1.4m，顶 板 混 凝 土 设 计 厚 度 为23cm，桥面顶板宽度为 23.627.0m,为单箱 5 室，上部结构设计为预应力钢筋混凝土现浇箱梁，分段施工、分段张拉，施工节段位置距离小里程端 44.2m，混凝土设计为 C50。实际施工时采用“碗扣式满堂红支架体系+竹胶板”施工，每节段分为两层浇筑：第一层浇筑底板及腹板，浇筑高度为底板上 0.95m；第二层浇筑顶板及翼板。待顶板及翼板混凝土强度不小于设计强度 80%时，即 第 二 层 混 凝 土 浇 筑 后 57d 进 行 预 应 力 张 拉灌浆。2裂缝情况经过半年左右，部分箱梁顶板出现了不同程度的裂缝，现场如图 1 所示。图 1 现场裂缝情况图经用 40 倍放大镜观察，裂缝宽度在 0.20.25mm左右，长度不等，长则 34m，短则不足 0.5m，裂缝呈无规则网状、锯齿线状或平行直线状分布。从桥面总平面上统计，裂缝分布主要在桥面板跨中处，桥墩及支座处裂缝分布相对较少，随桥纵向裂缝相对较长，横向裂缝相对较短且无规则，但有一部分横向裂缝贯穿桥面，裂缝表面未发现楔形开口，大部分为封闭状态。经午后及凌晨观测未发现裂缝宽度有明显张开及闭合等活动裂缝迹象。经现场钻取 6 个芯样进行观察，直径为 10cm 芯样1 个，其余均为 5cm，取芯深度为 512cm。经观察，裂 缝 深 度 为 3060mm 不 等，设 计 钢 筋 净 保 护 层 为5.1cm，实际施工保护层达 8cm,裂缝深度约等于顶板钢筋保护层厚度，取芯观察如图 2 所示。3成因分析混凝土裂缝产生的原因多种多样，一般而言，可以将混凝土结构裂缝的形成原因分为外因和内因，前者主要体现混凝土结构所受到外荷载的大小、荷载的变化、地基基础的不均匀沉降，以及内外温差效应等。混凝土桥面裂缝成因分析及治理方法研究许将（中铁隧道局集团有限公司，广东 广州 511466）摘 要：为了有效解决高速公路桥梁混凝土裂缝问题，基于某工程实例，分析桥面混凝土开裂的主要原因，并介绍用于裂缝治理的高压灌注环氧树脂技术，可供类似项目参考。关键词：混凝土桥面；裂缝；治理中图分类号：U445.57文献标识码：A141运输经理世界交通安全与养护后者主要体现混凝土材料在水化阶段的塑形收缩、化学收缩及干燥失水收缩等。对于裂缝治理而言，其主要需求是研究混凝土裂缝的成因及其是否会影响结构的承载力、稳定性等安全性能。如果是因为结构承受过大荷载导致结构裂损，则需要对结构进行加固；如果是因为混凝土材料或养护问题导致混凝土产生塑性收缩或养护失水产生非贯穿裂缝，并且裂缝的开展宽度较小，则需要加强材料质量或养护质量管理。图 2 取芯观察对于该混凝土桥面，经现场调查及查阅施工技术资料，发现施工期没有受到过大外部荷载，桥面裂缝形态相对细微，也不符合结构破坏楔形裂缝的形态。结合勘察设计文件、结构观测资料、施工记录和现场调查分析，桥梁桩基嵌入基岩，桥梁上部结构在沉降稳定后施工，也排除了沉陷变形导致混凝土在初凝期下沉开裂的可能。为了判断桥面裂缝是否贯穿，又进行了蓄水试验，经 24h 后未出现渗漏水现象，表明裂缝为非贯穿裂缝，也印证了混凝土裂缝并非为结构裂损和沉陷贯穿。经检查和询问混凝土浇筑施工过程得知，为了保障混凝土泵送施工流畅，桥面混凝土浇筑时现场混凝土坍落度被放大至 210220mm，浇筑完毕后部分桥面混凝土因天气变化而未及时进行覆盖养护，结合裂缝形态分析，判断主要是由于混凝土浇筑、养护，以及大流动性混凝土在凝结过程中塑性收缩率较高等因素，使得混凝土硬化过程中产生较大收缩而开裂1。4裂缝处理该桥梁因混凝土收缩产生功能性裂缝，此类裂缝一般不影响结构的安全性，但会影响结构的耐久性，因此必须进行封堵，阻断渗漏侵蚀通道并兼顾补强。4.1 治理思路及要求第一，根据混凝土开裂部位和裂缝大小，在认真分析结构开裂的原因后，采用高压灌浆机（见图 3）灌入环氧树脂和水泥胶浆封缝封面相结合的治理方法。高压灌浆是利用机械的高压动力，将工作压力提升至约 30MPa，将化学浆液灌入混凝土裂缝深处，浆液经环氧树脂组分和固化剂组分的交联固化从而将混凝土结构内的微隙、微缝、微孔填充堵塞。该方法直接在裂缝处安装灌浆嘴进行灌浆，对桥梁结构损伤很小；而且利用高压可将浆液灌入结构裂缝深处，治理成效较好。图 3 主要灌浆机具：高压灌浆机第二，注意选择合理浆材。根据裂缝宽度，现场试用超细水泥净浆进行灌浆，因颗粒浆对裂缝宽度有一定要求，灌入效果不佳。加之面板混凝土强度等级较高，浆材固化强度需要与基材混凝土强度相匹配，因此选用改性环氧树脂浆材。第三，治理过程中注意保护混凝土基面。对裂缝表 面 不 得 凿 槽 或 切 槽 嵌 补，避 免 对 结 构 造 成 过 多损伤。第四，分区分级进行针对性治理，对于细小、轻微和独立的裂缝及区域先行进行治理，对于相对长大、深入的裂缝则进行单独标记，待其他区域灌浆固化完毕后，逐条进行治理，要求一次性灌注完成。4.2 改性环氧树脂灌浆材料的特点及技术性能无论是对裂缝进行封堵、嵌填或者黏结，其使用的修补材料本质上是建筑胶黏剂。黏结剂的使用是裂缝治理的必要条件，而黏结剂的性能也直接影响了裂缝治理的效果。20 世纪 50 年代，出现了环氧树脂胶黏剂，与其他胶黏剂相比，具有强度高、种类多、适应性强的特点，成为主要的结构胶黏剂。改性环氧树脂灌浆材料固化前初始黏度较小，主剂和固化剂混合后具备足够的操作时间，可室温固化，而且固化后强度高、黏结力强、稳定性好，特别是在潮湿环境下仍可正常固化并与基层保有足够的黏结强度，是治理混凝土结构裂缝的良好选择。4.3 施工方法4.3.1确认钢筋位置在治理过程中，为了避免在打入灌浆孔时碰触钢筋导致钻孔失败，必要时可使用钢筋雷达、钢筋位置142运输经理世界交通安全与养护测定仪及裂缝综合测试仪确认钢筋位置。4.3.2钻孔布置主要采用高压灌浆机向钻孔内灌入浆液，钻孔布置如图 4 所示。4.3.3灌浆治理程序（1）清理基面详细检查裂缝分布情况，待标记后，清理需要施工桥面的浮渣和灰尘，凿除混凝土表面析出物，确保表面干净。（2）灌浆孔定位根据裂缝走向，于裂缝两侧间隔 30cm 交替确定钻孔的平面布置点位，对于宽深裂缝，为保证灌浆饱满，加密钻孔间隔至 20cm。定出孔位后，用油漆标注。（3）钻孔并安装灌浆嘴使用电钻沿标记孔位按斜向 4560钻灌浆孔，钻头直径为 14mm,钻孔必须斜穿过裂缝面，钻孔深度确保不小于结构厚度的 1/2 且不大于结构厚度的 2/3，但不得将结构打穿和碰触钢筋。因钻孔后孔洞内的积尘较多，应用唧筒吹除干净以保证顺利进浆。待钻孔清理完毕后，使用“T”形扳手逐孔安装压环式灌浆嘴，为确 保 灌 浆 深 入 结 构 内 部，采 用 长 度 为 12cm、规 格 为A12 的一次性灌浆嘴。（4）灌浆灌浆时可先选用端头的一个灌浆孔进行试灌，根据灌浆量、灌浆时间和灌浆压力变化确定灌浆压力。向灌浆孔内依次灌注环氧树脂浆液，单孔逐一连续进行。当相邻孔开始出浆后，保持压力 35min，即可停止该孔灌浆，改灌相邻灌浆孔。待所有的孔都灌完后，可对灌浆量偏少的灌浆孔再次灌浆以保证压力最大化。（5）拆除灌浆嘴灌浆完毕 24h，确认浆液凝固后即可敲掉外露的灌浆嘴，并将表面清理干净。（6）表面修饰灌浆工序全部完毕并经检查后，为了保证桥面整体外观，还要进行表面修饰。使用建筑胶水与水泥粉电动搅拌调成糊状腻子进行抹面调色，固化后修饰效果较好。修饰后的颜色、平整度和粗糙度与原混凝土表面基本一致2。5灌浆效果检查灌入环氧树脂浆液完成后 7d，通过钻样取芯并进行抗压强度试验，芯样单轴抗压试验破坏强度已达到混凝土设计强度等级，破坏后芯样裂缝黏结仍然完好，达到了有效封堵和补强的目的。6结语综上所述，该工程采用高压灌浆法灌入环氧树脂浆液，裂缝得到了有效封堵，混凝土桥面缺陷得到及时治理并已通过缺陷整治验收。在混凝土结构开裂处理中，高压灌浆法是治理混凝土收缩裂缝的有效方法，其工艺比较简单，环氧树脂浆材固化效果良好，对于 不 涉 及 结 构 加 固 的 混 凝 土 裂 缝 处 理 也 值 得 参 考使用。参考文献：1中华人民共和国住房和城乡建设部.地下工程渗漏治理技术规程：JGJ/T 2122010S.北京：中国建筑工业出版社，2010.2徐有邻，顾祥林.混凝土结构工程裂缝的判断与处理M.北京：中国建筑工业出版社，2010.图 4 钻孔布置示意图（单位:mm）143