鋼筋混凝土連續箱梁的裂縫分析與處理

管鶴樓 劉林

【鎮江市路橋工程總公司　鎮江　212017】

摘　要　本文介紹了普通鋼筋混凝土連續箱梁的裂縫產生原因，并提出了處理方法和預防措施，供同行交流討論。
關鍵詞　橋梁　連續箱梁　裂縫　分析　處理

　　隨著我國高速公路建設的發展，普通鋼筋混凝土連續箱梁橋型也常被采用，但隨之而來的箱梁裂縫卻一直是365JT施工單位頭痛的問題，不管哪座現澆連續箱梁都有不同程度的裂縫問題，因此裂縫問題不容忽視。現就裂縫問題作以下分析，供類似橋型施工參考。
1　裂縫產生的原因分析
　　影響裂縫產生的原因很多，有地基沉降、支架系統變形、混凝土收縮、溫差、材料質量和施工質量等原因，當然也有365JT設計原因。
1.1　混凝土收縮裂縫
　　混凝土是由氣、液、固三相組成的假固體（指澆注過程到保養），其中尚有未水化的水泥顆粒，還要吸收周圍的水份。液固相間的膠凝體，因水份散失，體積會縮小，引起收縮裂縫：
　　①箱梁的體積與表面積比值小，混凝土收縮大，易產生裂縫。
　　②箱梁混凝土澆筑均采用泵送混凝土，由于泵送混凝土施工工藝要求坍落度大，混凝土用水量和水泥用量較大，濕潤養護如不及時，混凝土中的水泥水化物因部分失水而干縮，導致水泥混凝土表面的干縮裂縫。
　　③由于溫差作用，混凝土頂部溫度較高、底部溫度較低，頂部混凝土收縮受到下部混凝土的約束產生裂縫；由于泵送混凝土時，溫度較高，同時內部水化熱進一步升溫，而外部環境溫度較低時，形成了較大的內外溫差，從而使混凝土表面開裂。
1.2　地基基礎沉降差異產生的裂縫
　　①因地基持力層或樁壁土層的變化，容許承載力的差異導致早期或晚期裂縫。
　　②由于基礎本身施工時處理不當，處理不均勻，致使箱梁澆筑后基礎在外荷載作用下發生不均勻沉降導致早期或晚期裂縫。
1.3　支架系統變形產生的裂縫
　　①由于支撐立桿（或立柱）不均勻分布，各部分剛度分布不一致，使其桿件的彈性變形不均勻，導致早期裂縫。
　　②支架的地基不均勻沉降引起現澆箱梁的早期裂縫。
1.4　施工管理不善產生裂縫
　　①拌制混凝土時不按配合比計量，任意加水，澆筑的質量不均勻，收縮不統一產生裂縫。 
　　②混凝土從攪拌到澆筑的時間過長，致使大量網狀不規則的裂縫產生。
　　③混凝土養護差，混凝土在高溫和大風的影響下，常產生早期裂縫，裂縫常發生在梁的薄弱處（據有關資料表明：周圍溫度高于30℃，水份蒸發很快，當風速增至11.1ｍ／ｓ的大風時，水份蒸發速度快7倍）。
　　④有的施工處理不當，沒有按規定處理就澆筑新混凝土，造成施工縫處新老結合處夾渣和裂縫。
　　⑤箱梁混凝土過早受力產生裂縫，由澆筑方法本身不夠嚴密或者提早拆模或過早落架使梁過早受力，這種情況經常發生。
　　⑥野蠻施工，用重物撞擊等造成裂縫。
1.5　材料差異造成的裂縫 
　　①使用不合格水泥出現早期不規則的短縫。
　　②砂、石的含泥量超過規定，不僅降低混凝土的強度和抗滲性，還會使混凝土干燥時產生不規則的網狀裂縫。
　　③砂、石的級配差，有的砂粒過細，用這種材料拌制的混凝土常造成梁側面裂縫。
1.6　化學反應導致裂縫
　　①使用反應骨料或風化巖石引起裂縫。骨料中含有泥性硅物質與堿性物質相遇，則水、硅、堿反應生成膨脹的膠質，吸收水后造成局部膨脹和拉應力，則構件產生爆裂狀裂縫，在潮濕的地方較為多見。
　　②酸、鹽類腐蝕。混凝土中含氯量超過規定后，一段時間后沿鋼筋方向產生裂縫。
　　③碳化收縮裂縫。空氣中的ＣＯ2與水泥石中Ｃａ（ＯＨ）2等分子相互作用生成碳酸鈣（ＣａＣＯ3），同時放出結合水，使混凝土體積縮小，引發細絲裂紋網。
1.7　設計原因（僅供參考）
　　①構件結構面積不足時，在扭曲或局部應力作用下，會導致在構件較弱的部位產生裂縫。
　　②鋼筋含筋量過大或保護層太小，會引起沿鋼筋縱向方向的裂縫。
2　預防措施
2.1　施工管理不善產生的裂縫和混凝土收縮
　　①攪拌混凝土要先做配合比，施工時嚴格按照配合比計量，控制用水量，確保混凝土強度及坍落度一致。
　　②采用高效減水劑，在滿足混凝土坍落度的前提下降低水泥用量及含水量。
　　③澆筑混凝土時，前、后方配合好，設專人負責，隨拌隨用。
　　④混凝土澆筑好后要進行二次抹平壓實，以消除沉縮裂縫。
　　⑤澆筑好的混凝土箱梁在12小時內加以覆蓋和灑水，以保持混凝土的濕潤狀態，一般不小于7天，必要時采用養護液噴灑或用塑料膜覆蓋封閉，防止水分蒸發，以利于混凝土的養護。
　　⑥嚴格按照《鋼筋混凝土施工及驗收規范》預留和處理施工縫，并盡量縮短施工縫上下兩部分混凝土的施工時間差，以減少由于兩部分不同量收縮而產生的相互作用力。已澆筑混凝土的抗壓強度大于1.2ＭＰ后清除混凝土表面的水泥薄膜和松動石子及弱混凝土層，用水沖洗干凈，且不積水，澆筑前，宜先鋪一層水泥漿，將混凝土搗實，使新、老混凝土緊密結合。
　　⑦混凝土澆筑程序要充分論證，避免已初凝的混凝土過早受力造成裂縫。
　　⑧在暑期晝夜溫差較大，混凝土澆筑安排盡量避開高溫階段。
　　⑨在暑期使用砂、石料盡量遮陽、灑水等措施降低拌和時的溫度。
　　⑩嚴格控制拆模和落架時間，避免使梁過早受力。并嚴禁在拆除底模的梁上堆放重物。
2.2　地基沉降和支架原因產生的裂縫
　　①支架的地基要處理均勻，并對下臥層的不良土層進行處理。
　　②支架設計時應盡量分布均勻，其桿件的剛度應盡量保持一致。并進行預壓，設計合理的預拱度。
2.3　材料質量差異引起的裂縫
　　①水泥進場必須有出廠合格證，并對其抽樣試驗，以滿足其抗壓、抗折強度及安定性要求。應使用水化熱較低的硅酸鹽水泥，不應使用水化熱較高的水泥。
　　②砂必須選用材質堅硬、干凈的中粗砂；粗骨料的最大粒徑、級配、強度均要滿足規范要求，并要嚴格控制含泥量。
2.4　化學反應導致的裂縫
　　①盡量不用堿集料反應性骨料。
　　②冬季施工時嚴格控制混凝土中的含氯量。
　　③提高外露部分混凝土的強度等級，加強混凝土表面的壓實抹光工序。 
3　裂縫的處理
　　本文介紹兩種裂縫處理方法，一般來講對混凝土收縮裂縫等這些對梁體結構本身受力影響并不大，為了防止鋼筋生銹而進行的裂縫處理，或者裂縫較小，象這類裂縫一般采用壓注環氧樹脂進行粘合封閉；另一種則是因箱梁過早受力和部分設計原因等引起的裂縫，這種裂縫一般采用環氧砂漿進行封堵。
3.1　環氧樹脂法
　　①首先對混凝土裂縫的基層表面進行處理，在裂縫表面用鋼絲刷將其表面的灰塵、浮渣、油垢等清除，并沿縫用丙酮擦洗，晾曬干燥，且其含水率不能大于6％。
　　②環氧樹脂膠料配制
　　稱取定量的環氧樹脂，按膠料配合比加入稀釋劑二甲苯與環氧樹脂均勻拌和，待溫度降至常溫后，再加入固化劑乙二胺充分攪拌就配制成了環氧樹脂膠料。配制好的環氧樹脂膠料，至加入固化劑起，必須在30分鐘內處理完畢。
　　③環氧樹脂膠料的配合比（重量比）：
　　環氧樹脂∶二甲苯∶乙二胺＝100∶40∶8
　　④最后用玻璃布或嵌刀將環氧樹脂膠泥仔細批嵌封閉。
　　⑤材料要求：
　　ａ.環氧樹脂采用Ｅ－44＃（舊稱6101），其軟化點為12～20℃、環氧值（當量／100ｇ）為0.41～0.47，為淡黃色至棕黃色粘稠透明液體。
　　ｂ.乙二胺：純度大于70％，為無色透明液體。 
3.2　環氧砂漿封堵法
　　①處理步驟
　　ａ.混凝土基層表面清理，沿縫鑿寬8～10ｍｍ，深度大于10ｍｍ，用鋼絲刷沿縫槽將灰塵、浮渣及松散層徹底清除，用丙酮將其油垢擦洗干凈、晾曬，其含水率不大于6％。
　　ｂ.在清潔的混凝土槽內，薄而均勻地涂刷環氧底膠料，不得有漏涂和留墜現象。
　　ｃ.涂完底膠料后，自然固化12小時后，然后用玻璃布或嵌刀將環氧砂漿分層封堵，每層厚度不大于5ｍｍ，用溝縫條壓平壓實。
　　ｄ.環氧砂漿自然固化24小時后，用環氧底膠料封閉，封閉寬度應大于環氧砂漿縫寬，且每邊要超出2～3ｍｍ。
　　ｅ.封堵后要保持干燥，用碘鎢燈烘烤。
　　②配合比（重量比）
　　ａ.環氧底膠料
　　環

[1][2]下一頁

[NextPage]

氧樹脂∶二甲苯∶乙二胺＝100∶60∶8
　　ｂ.環氧砂漿配合比
　　環氧樹脂∶二甲苯∶乙二胺∶石英粉∶石英砂＝100∶60∶8∶100∶150
　　③配制方法
　　ａ.環氧底膠料的配制方法與環氧樹脂膠料的配制方法一樣，只不過配合比不同而已。
　　ｂ.環氧砂漿的配制：先將石英粉、石英砂按比例拌勻，然后將前面拌制好的環氧底膠料倒入已好的混合料中充分攪拌均勻即可。
　　④注意要點：
　　ａ.配制好的環氧砂漿自加入固化劑起計時，必須要在40分鐘內用完。
　　ｂ.裂縫基層清理完成的縫或槽，必須經檢查合格后方能進行封堵。

上一頁[1][2]