高速公路工程中混凝土的裂缝与防治.pdf

2 0 1 1年第 1 期 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI N A C 0NC RE T E AND C E ME NT P RODUC T S 2 01 1 Nol J a n u a r y 高速公路工程中混凝土的裂缝与防治 吴文栋 ， 刘文杰 ， 卢桂 霞 ， 曾 尤 ( 1 沈阳建筑 大学 ， 1 1 0 1 6 8 ； 2 中铁 一局集 团第 一工 程有 限公 司 ， 渭南 7 1 4 0 0 0 ) 摘 要 ： 结合郴宁高速公路建设和施工 实践过程 中出现 的裂缝问题， 阐述 了混凝土裂缝 的种 类和成 因， 并针对具 体 问题 从 原 材料 选 用到 施 工过 程 控 制提 出 了相 应 的 防治 与 处理 措 施 。 关键 词 ： 混凝 土 ； 裂 缝 ； 防治 Ab s t r a c t ：C o mb i n i n g w i t h t h e c o n c r e t e c r a c k s p r o b l e ms i n c o n s t r u c t i o n a n d p r a c t i c a l p r o c e s s i n Ch e n z h o u - Ni n g y u a n E x p r e s s w a y ，t y p e s a n d c a u s e s o f c o n c r e t e c r a c k s a r e p r e s e n t e d ，a n d t h e c o r r e s p o n d i n g p r e v e n t i o n s a n d me a s u r e me n t s i n a c t u a l c o n s t ru c t i o n s ， i n c l u d i n g s e l e c t i o n o f r a w ma t e r i a l s a n d c o n t r o l o f c o n s t r u c t i o n p r o c e s s ， a r e o ff e r e d Ke y wor ds ：Co n c r e t e ；Cr a c k s ； Pr e v e n t i o n 中 图分 类 号 ： TU5 2 8 文献 标 识 码 ： B 文 章编 号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7( 2 01 1) 0 1 7 4 一 O 3 0前 言 随着 我 国基础设 施 建设 的蓬 勃发 展 ，新技 术 、 新工艺 、 新结构和新 材料不断涌现 ， 工程跨度逐渐 加大 ， 混凝土的工程质量问题越来越引起广泛的关 注。在实际施工中， 混凝土坍落度损失过大、 速凝和 假 凝 、 强度增 长过 慢 、 表 面或 内部 裂缝 、 外 观较 差 等 问题 时 常 出现 _ l】 ， 这些 质 量 问 题不 仅影 响构 件 的美 观， 而且影响结构 的刚度和整体性 ， 甚至影响正常 使用， 其中尤以混凝土裂缝对工程质量造成的影响 最为突出闭 。本文以郴州至宁远( 简称郴宁 ) 高速公 路建 设 和施工 工程 为例 ， 分析 讨论 了混 凝 土裂缝 的 种类 和成因 ， 并 提出 了具体 的控制措 施 。 1 工程简介 郴州至宁远高速公路是厦 门至成都 国家高速 公路湖南境内的新建项 目，本标段为第七合同段 ， 起 讫 里程 为 K 1 3 8 + 0 4 0 ，终 点里 程 为 K1 5 1 + 1 3 4 ， 全 长 1 3 1 1 2 k m。路线 区域 属亚热 带 季风性 湿润气 候 ， 其 主要特 征是 四季分 明 、 无霜 期 长 、 雨 量充 沛 、 汛期 雨量集 中等 。此地 降雨多 集中在春 、 夏两季 ， 夏 季最 高温度 4 1 。 ， 最低 温度 2 l 。 。 全线 主要桥 梁工程 为大 、 中桥 3 4 4 7 m( 双 幅 4座 ) 、 分离立交 桥 4 3 6 3 2 m( 双幅 3座 ) 、小 桥 1 1 4 1 6 m ( 单 幅 4座 ) 、天桥 2 6 4 4 m( 4 座 ) 、 盖 板 涵通 道 7 2 4 2 7 m( 2 2座 ) 、 盖 板 涵 8 4 2 1 9 m ( 2 2座 ) 、 圆管涵 l 1 1 8 2 8 m( 2 8座 ) 。 2裂缝 的种类和 成 因 2 1 裂缝 的种类 基 金 项 目 ：辽 宁 省 教 育 厅 基 金 资 助 项 目( 2 0 0 8 5 8 9 和 S L 2 0 1 0 1 2 8 ) 。 7 4 混凝土在 自身重力或外部环境和载荷作用下 会产生各种裂缝3 1 ， 按其产生 的形式大致分为表层 裂缝 、 浅层裂缝 、 纵深裂缝 、 贯穿裂缝 和斜 向裂缝 等。按时间稳定性可以分为稳定性裂缝和活裂缝 ， 稳定性裂缝在小于 国家标准规定值 的情况下属于 无害裂缝 ， 活裂缝在稳定之后按照稳定性裂缝进行 处理 。按 裂缝 的成因可分 为结构性裂 缝和非结 构性 裂缝 ， 前者为受力裂缝 ， 从外载荷作用 、 结构 内力出 现、 直至裂缝出现与扩展几乎在同一时间形成并依 次完成 ； 后者是 由于施工温度 、 湿度 、 收缩与膨胀 、 不均匀沉降等因素引起的裂缝 ， 变形约束力的产生 到裂缝的出现之间有一个应力积累和传递过程 。 2 2 裂缝的成因 2 2 1 表层裂 缝成 因 表层裂缝的主要表现形式为浅层龟裂 ， 即混凝 土路面表面上呈现出碎小的花纹状裂缝。在本项 目 桥梁工程的所有管涵 中， 这种表层裂缝存在最为普 遍 ， 主要 集 中在墙身 的 1 3处 ( 从盖 板 向下 ) ， 以横 向 分布为主 ， 无规律性。虽然表层裂缝不会显著降低 管 涵 的使 用性 能 ， 但却 影 响工程 的外 观质 量 。此种 裂 缝 的产 生 通 常 是 由于 设计 或 施 工两 方 面 原 因导 致的4 1 ： 设计方面主要是指混凝土配合 比设计不 当， 如水 泥用量过大 、 砂率过大 、 外加剂使用不当或者 掺量过大 ， 使得混凝土在重力作用下产生离析而导 致表层裂缝 ； 施工方面主要是由于混凝土浇筑后没 有及 时覆 盖 、 导 致 混凝 土 内部水 分 流失 、 发 生体 积 收缩 ， 从而 产生表层 裂缝 。 2 2 2 收缩 裂缝成 因 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 吴文栋 ， 刘文 杰 ， 卢桂霞 ， 等 高速公 路工 程 中混凝 土 的裂 缝 与防治 收 缩裂 缝 是 混 凝 土 在 凝 结 收 缩 过 程 中受 到 外 部 约 束 ( 支 承 条件 、 钢 筋 等 ) ， 在 拉 应 力 作用 下 产 生 的一种 开 裂现 象 ， 其 特点 是 裂缝 宽 度 较细 且 纵横 交 错 ， 呈龟 裂状 ， 裂缝形 状 没有规 律 。混 凝 土硬化 初期 主要是水泥石在水 化凝 固过程 中产生 的体积收缩 变 化 ， 硬化 后 期 主要是 混 凝 土 内部 自由水 分蒸 发 而 引起 的干缩变 形5 1 。在 本项 目工 程 中 ， 这种 收缩裂 缝 大 多存 在 于夜 间施 工 的管 涵 工程 中 ， 这 可 能 与混 凝 土 的硬化 过程 和昼夜 温差 有较 大关 系 。由于受 到施 工进 度 的制 约 需要 昼夜 连 续施 工 ， 通 常 夜 间施 工 温 度 比较 低 ，浇筑 后 的混 凝 土 随 白天 温 度 的 逐 渐 升 高 ， 硬 化后 期 的混 凝 土 内部 自由水 分 快 速 蒸发 而 容 易导 致干缩 裂缝 。 2 2 3 温度 裂缝 成 因 温 度 裂 缝 是 由于 混凝 土在 响应 外 部 环境 或 内 部温 度 变化 而 发生 体积 变 形过 程 中 受 到约 束 ， 从 而 在内应力作用下产生的裂缝 。通常是由于水泥水化 热 引起混 凝 土 内部 和表 面 的温 差 过 大导 致 的 ， 在 大 体积混 凝 土工程 中更 易于发 生 此类裂缝 6 7 1 。在本 项 目的所 有 管 涵 中 ， 温 度裂 缝 问题 较 为 普 遍 ， 这 是 由 于本 工 程 地 处 南 方 ， 受 高温 天 气 的影 响 ， 易 于 在 混 凝 土 内部 和 表 面产 生较 大 的温 差 ， 使 得 混凝 土 内部 产生 压 应 力 、 表 面 产 生拉 应 力 ， 当表 面 抗 拉 应 力 超 过混 凝 土极 限抗 拉 强度 时 ， 便会 导 致 混凝 土 表 面产 生温度 裂缝 。 2 2 4贯穿 裂缝成 因 贯 穿裂 缝 可 分 为 纵 向贯 穿 裂 缝 和 横 向贯 穿 裂 缝 二种 。纵 向贯穿裂 缝是 指水 泥混凝 土路 面发 生平 行 于 道路 纵轴 线 方 向的 贯穿 板厚 的裂 缝 ， 路 面施 工 后 ，由于地基下降不均匀 易于导致此种裂缝 的出 现 。横 向贯 穿 裂缝是 指水 泥混凝 土路 面 发生垂 直 于 道 路 纵轴 线方 向的贯 穿 板厚 的裂 缝 ， 此 类 裂缝 通 常 是 由于 混 凝 土抗 拉 强度 太 低 或 者 施 工 不 当所 导 致 的。 3裂缝 的防治 3 1 裂 缝控 制措 施 ( 1 ) 在混 凝 土工 程 质 量 的 控 制 之 中 ， 人 是 控 制 的主体 ， 通过签订质量责任登记表 、 制定质量奖罚 措 施 、 落实 质 量责 任制 、 开展 质量 责 任 教育 ， 增 强 人 员 的质 量 责任 意识 和 质量 管 理 自主 能 动性 ， 可使 工 程 质量得 到最 大程度 的控 制 。 ( 2 ) 配合 比设计 对 混凝 土 的整 体性 能 有着 重 要 影 响 ， 施 工材 料 必 须 与 配 合 比试 用 材料 一 致 ， 以真 实 反 映配合 比情 况 。另外 ， 水 泥 水 化所 需 要 的水 仅 为拌合用水量的 2 0 3 0 ， 其余的水仅为满足和易 性 要 求 ；一 部 分水 在混 凝 土 施 工 过 程 中被 离 析 出 来 ， 其 余 相 当一 部 分 水 残 留在 混 凝 土 内部 、 形 成 空 隙 ， 导 致混 凝 土 的干缩 和早期 裂缝 ， 所 以 ， 必 须 在 满 足施 工要 求 的前提 条件 下 ， 采用 较低 的水 灰 比。 ( 3 ) 对 于混 凝 土 原 材 料 的 选 用 ， 必 须 满 足 各 材 料 的标 准要求 。水泥 最好采 用水 化热较 小 的优质水 泥 ； 粗 集料 的选 用 应 避 免 单 粒级 配 ， 应 采 用符 合 要 求 的合 理级 配 ，使 得混 凝 土 能够 逐 级密 实填 充 ； 采 用 中 、 粗 砂 进 行 混 凝 土 拌 制 时 ， 在 满 足施 工要 求 的 前 提 下 应适 当 降低 砂 率 ； 保 证 掺 合 料 的质 量 ， 要 在 进行试拌检测 、 满足要求之后方 可使用 ， 并在 实际 施工 过程 中保证 原料 质量 的稳定 性 。 ( 4 ) 选 择 合 理 的施 工 工 艺 ， 严 格 按 照 混 凝 土 强 度设 计 等级 及设 计 要求 施 工 ， 正确 选 用施 工 用水 泥 与集 料 ， 采 用 电子计 量 、 严 格控 制 用料 量及 水 灰 比 ； 重视 水 泥混 凝 土 的 振 捣 ， 掌 握 好 拆 模 时 间 ， 选 用 影 响收 缩较小 的 t- J J IJ 剂 。选 择在 温度较 低 时进行 混凝 土 的 浇 注 ， 在 无 法 避 开 高 温施 工 时 ， 应 尽 量 采 用 温 度较低的井水进行混凝土的拌制 ， 以降低混凝 土的 搅 拌 温度 和浇注 温度 。 ( 5 ) 注 意 施 工 温 差 ， 尽 量 避 免 在 高 温 或 低 温 及 温差较 大 的气候 下进 行施工 。要 由专 人 负责振 捣施 工 ， 保证振捣均匀 ； 振捣 间距和振捣时间要掌握合 理 、 保持施工作业的连续性 ； 一旦出现问断作业 ， 必 须设置施工缝 ， 并 布置接茬石或接茬钢筋 ， 以符合 设 计要 求 。 ( 6 ) 加 强 振捣 控制 ， 漏 振 、 欠 振 均会 使 得混 凝 土 不 密 实 ， 甚 至会 出现 空洞 ， 过振 会使 混 凝 土 表 面 出 现过多的砂浆 ， 这种表面薄层砂浆在温差作用下易 于开裂 。 ( 7 ) 重视对 周围环境 因素 的控制 ， 包括对整个 施 工 过 程 中的 温 度 、 湿 度 、 风 速 的 掌握 和 混 凝 土 的 养 护 控制 。混 凝 土在 水 中容 易产 生 微膨 胀 变形 ， 在 空 气 中容 易产 生 收缩 变 形 ，湿度 越 小 收缩 越 大 ； 施 工 中风 速 越 大 ， 越 容 易 产 生 收 缩 变形 ； 特 别 是 在 大 体 积混 凝 土 的施 工过 程 中 ， 应 在 混凝 土 浇筑 后 及早 养护， 以减少混凝土的内外温度梯度阎 。避免混凝土 表面直接暴露于干燥的空气中 ， 应及时覆盖塑料布 或 湿草 袋 子覆 盖进 行 养 护 ， 保 持 混凝 土 表 面 的润湿 状 态 。 3 2 裂 缝治 理 混 凝土 的裂 缝 是不 可 避 免 的 ， 但 其 有 害程 度是 可 以控 制 的 ， 其有 害 与无 害 的界 限 由结 构使 用 功 能 性 所决 定 ， 对 于经 过确 认 不会 影 响结 构 物使 用 的非 结 构性 裂缝 ， 可采用 以下 方法 进行治 理 。 一 7 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 1 期 混凝 土与水 泥制品 总第 1 7 7 期 ( 1 ) 表 面 治理 方 法 ： 首 先 将 混 凝 土表 面 用 钢 丝 刷打毛 ， 用水清理待其干燥后 ， 再用环氧树脂系胶 结 剂结合 的玻 璃布贴 在裂缝 表面 9 1 。 ( 2 ) 嵌缝 处 理方法 ： 用 补强 材料 嵌缝 ， 般来 说 此方 法用 来处 理较 宽的 裂缝 ， 如 不好修 补 的小 裂缝 可采 取开 V字槽进 行修补 治理 。 ( 3 ) 灌 浆 法 治理 方 法 ： 采 用 化 学 注 浆剂 填 补 混 凝土 形成 的线性 裂缝 ， 堵 漏时要 采 用化学 灌 浆剂 与 快速凝结水泥和无收缩水泥砂浆配合使用。 ( 4 ) 混凝 土置换 法 ： 先将 损坏 的混 凝 土剔 除 ， 然 后 再置入新 的混凝 土或其他 材料 。常用 的置换材料 有普 通混凝 土 或水 泥砂浆 、 聚 合物 或 改性 聚合物 混 凝 土或砂浆 。 ( 5 ) 结构加固法 ： 加大混凝土结构的截面面积 ， 在构 件 的 角部 外包 型钢 、 采用 预 应力 法 加 固 、 粘 贴 钢板加 固、增设支点加 固以及喷射混凝土补强加 固 。 参考文献： 【 1 】 朱耀台， 詹树林 混凝土裂缝成因与防治措施研究 J 】 材 料科学与工程学报， 2 0 0 3 ， 2 1 ( 5 ) ： 7 2 7 7 3 0 2 】 郑荣跃， 贺智敏 桥梁混凝土裂缝的施工控制技术 J 混 凝土 ， 2 0 0 5 ( 5 ) ： 7 l 一 7 3 ， 7 7 3 张小亮 混凝土裂缝成因分析及控制【 J 山西建筑， 2 0 1 0 ， 3 6 ( 4) ： 1 6 0 1 61 【 4 】 周 庆荣 某高层建筑地下室顶板混凝土裂缝 问题 的原 因 及处理措施【 J J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 5 8 - 5 9 5 贺建 国， 王军 ， 梁永红 顶 山软岩隧洞底板混 凝土裂缝 分 析及处理 J 水利与建筑工程学报， 2 0 0 8 ， 6 ( 4 ) ： 8 7 8 9 【 6 】 林慧 大体积混凝土裂缝分析【 J 】 混凝 土， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 1 0 2 1 0 4，1 07 7 】 张心斌， S i m o n C h e n ， 程大业， 张忠 大体积混凝土裂缝控 制f J 工业建筑， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 1 ) ： l 一 4 邱玉深 对混凝土养护方法的思考与建议f J 】 混凝土与水 泥 制 品 ， 2 0 0 9 ( 2) ： 5 - 9 9 】 杨斌， 魏 涛， 李珍 混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料及其 标准 J 1 _ 新型建筑材料， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 7 1 7 4 收 稿 日期 ： 2 0 1 0 0 9 0 6 作 者简 介 ： 吴 文 栋( 1 9 8 4 一 ) ， 男 ，硕 士 研究 生 。 通讯 地 址 ： 辽 宁 省 沈 阳市 浑 南新 区浑 南 东路 9号 联 系 电话 ： 1 3 0 6 6 6 7 8 1 7 6 E - ma i l ： z e n g y o u s j z u e d u c n 业妇业妇业 出逝韭出逝出 些逝业妇业出妇些夸壬 些始 妇逝 业 逝誊 业 业 ( 上 接第 7 3页) 作 ， 避免 过振 、 漏 振 。 ( 4 ) 混凝土浇筑成型拆模后 ， 在结构顶部安装 一 排 P V C水管并开始喷淋工作， 用湿麻袋紧贴结构 覆盖， 保持墙体混凝土表面潮湿， 养护时间为 1 4 d 。 5评定 工 程 中交 货 检 验 的混 凝 土 立 方体 试 块 抗 压 强 度按 G B J 1 0 7 1 9 8 7 ( 混凝土强 度检验评 定标准 进行 评 定 ， 平 均 值 为 6 5 5 MP a ， 最 小 值 为 5 8 9 MP a ， 标 准 差为 4 4 ， 该工程 混凝 土 为合 格 。 6结语 ( 1 ) 大体积 C F 6 0泵 送混 凝土 生产 中 ， 一 定要 严 格控制 原材料 质量 ， 按标 准 进行 检验 并加 强质 量控 制 。 ( 2 ) 合理的投料方式与搅拌工艺可以有效避免 钢纤 维结 团现 象。 ( 3 ) 组 分 优 良的水 泥 、 外 加 剂 组 合 使用 可 以有 效保 证 长 时 间运 输 中 的坍 落 度损 失 。控 制 水 泥 用 量 ， 提 高矿 物掺 合料 用量 ， 以 降低 原材 料 温度 ， 延长 一 7 6一 混 凝 土凝 结 时 问 ， 降低 混 凝土 水 化热 ， 避 免温 度 裂 缝 。 ( 4 ) 改变以往配合 比设计思路， 发挥各种材料的 综合效应， 可改善钢纤维混凝土的工作性能。 参 考 文献 ： 【 1 】 中华人 民共 和国建设 部 钢纤维混凝 土 J G 厂 r 3 O 6 4 一 l 9 9 9 ， 北 京 ： 中 国建 筑 工 业 出版 社 ， 1 9 9 9 2 赵国藩 钢纤维混凝土结构 ， 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 99 3 高丹盈 ， 赵军 钢纤 维混凝土设计与应用， 北京 ： 中国建筑 工业 出版 社 ， 2 0 o 2 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 9 3 0 作者简介 ： 肖丽君( 1 9 6 7 - ) ， 女 ， 高级工程师。 通讯地址 ： 宁波市鄞州 区宋诏桥路 5 6号 联 系 电话 ： 1 3 5 6 6 3 0 9 0 6 6 E ma i l s u n b e i l 2 1 2 1 2 6 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m