道路桥梁施工中混凝土裂缝成因分析及新型修补材料的应用效果

一、引言

道路桥梁是交通基础设施的关键部分，对区域经济和人们出行意义重大。混凝土因强度高、可塑性好、经济等特点，在道路桥梁施工中广泛应用。但施工及使用中，混凝土裂缝频发，不仅降低美观度，还削弱承载能力、加速损坏、缩短寿命，甚至引发安全隐患。因此，探究裂缝成因并寻求有效修补方法至关重要。随着材料科学发展，新型修补材料涌现，其应用效果受关注，研究其性能与效果对提高维修质量、延长服役寿命意义重大。

二、道路桥梁施工中混凝土裂缝成因分析

2.1 温度变化因素

混凝土浇筑后，水泥水化释放大量热量，使内部温度急剧升高，大体积混凝土浇筑后 1-3 天内内部温度可达 50-70℃甚至更高。而表面散热快，温度低，形成较大温度梯度。当拉应力超过混凝土抗拉强度时，就会出现裂缝。夏季高温浇筑大体积混凝土，若无有效温控，易引发温度裂缝。道路桥梁投入使用后，环境温度周期性变化，如昼夜、季节温差，使混凝土热胀冷缩，因结构约束无法自由变形产生温度应力，长期积累导致裂缝产生与扩展。

2.2 混凝土收缩因素

2.2.1 塑性收缩

混凝土浇筑初期，处于塑性状态，表面水分蒸发快，内部水分无法及时补 充，导致表面失水收缩。此时内部呈塑性流动，对表面收缩约束小，收缩变形 大，应力超过抗拉强度时产生塑性收缩裂缝。这类裂缝多在浇筑后数小时出现， 呈不规则龟裂，常见于路面及薄壁结构。环境温度高、湿度低、风速大及混凝 土配合比不当，都易引发此类裂缝。

2.2.2 干燥收缩

混凝土硬化过程中，内部水分向环境散失，导致体积收缩，此为干燥收缩，可持续数年甚至数十年。过程中产生拉应力，超过抗拉强度则出现裂缝。干燥收缩与水泥品种、用量、水灰比、骨料特性及养护条件相关。水泥用量大、水灰比高，干燥收缩大；骨料弹性模量大、粒径大，对收缩约束强，可减小收缩。

2.2.3 自生收缩

混凝土硬化时，因水泥水化产物绝对体积减小产生的收缩为自生收缩，主要发生在内部相对湿度低的情况下，且早期就开始。其大小与水泥矿物组成、用量、水灰比及外加剂有关。用高铝水泥或早强水泥，自生收缩较大；减少水泥用量、降低水灰比可减小自生收缩。

2.3 荷载作用因素

2.3.1 静荷载作用

道路桥梁使用中承受结构自重、车辆荷载等静荷载，当荷载产生的应力超过混凝土承载能力，结构就会出现裂缝。桥梁设计若受力分析不准，承载能力不足，长期车辆荷载作用下，主梁、桥墩等部位可能开裂。施工中，混凝土强度未达设计要求就过早加载，也会因承受不住荷载产生裂缝。

2.3.2 动荷载作用

道路桥梁还受车辆行驶产生的振动、冲击等动荷载作用。动荷载反复作用使混凝土产生疲劳应力，达到疲劳极限时出现裂缝，并随作用次数增加而扩展。交通繁忙的道路桥梁，如高速公路桥梁，车辆速度快、车流量大，动荷载作用频繁，更易出现此类裂缝。

2.4 地基变形因素

地基出现不均匀沉降、隆起等变形，会使上部混凝土结构产生附加应力，超过抗拉强度时导致开裂。地基变形原因主要有：地基土性质不均，如软土地基压缩性大，易沉降；地基处理不当，如未有效加固软弱土层或处理深度不足；地下水位变化，上升降低地基土强度导致沉降，下降增加自重应力也可能引发沉降。沿海地区地下水位高，地基多为软土，若地基处理不当，易因变形使混凝土结构开裂。

三、新型修补材料在道路桥梁混凝土裂缝修复中的应用

3.1 自流平聚氨酯灌缝胶

3.1.1 材料特性

自流平聚氨酯灌缝胶以聚氨酯预聚体为核心，搭配增塑剂、催化剂等制成。自流平特性突出，施工时自动流淌至裂缝各处，无需人工压实，效率高，密封层均匀连续，效果好。固化后强度高、韧性好，能承受压力与冲击，弹性佳，可适应裂缝因温度、荷载产生的变形，抑制扩展。与沥青、混凝土等粘结力强，不易脱落，耐候性和耐腐蚀性好，施工简便，单组份无需调配，常温施工，绿色环保。

3.1.2 应用效果

在高速公路桥梁 0.2-5mm 裂缝修补中，效果显著。施工后长期观测，裂缝未再开裂，灌缝胶与混凝土粘结紧密，在车辆振动冲击下密封性能良好。修补后抗渗性大幅提升，阻止水分等侵入，保护钢筋，延长桥梁寿命。施工效率较传统材料提高 30%-50% ，缩短周期，减少交通影响。

3.2 单组份聚氨酯冷灌缝胶

3.2.1 材料特性

单组份聚氨酯冷灌缝胶专为道路裂缝设计，单组份无需混合，简化流程，避免配比失误。固化后成高弹性体，吸收分散应力，防止裂缝扩展。与沥青、混凝土粘结性好，耐候性和耐久性出色，可抵御紫外线、水等侵蚀，在 - 60℃至 150℃性能稳定，高温不流淌，低温不脆裂。固化快，常温即可，部分产品自流平，降低操作难度，环保低气味。

3.2.2 应用效果

在城市道路混凝土路面裂缝修补中作用良好。针对车辆荷载、温度变化产生的裂缝，经冬夏考验，未出现脱胶、开裂。冬季低温保持弹性，适应路面收缩；夏季高温不流淌，密封有效。修补后路面平整度改善，行车舒适，减少病害发展，降低养护成本，使用寿命延长 2-3 年。

3.3 高聚合物结构快速修补料

3.3.1 材料特性

高聚合物结构快速修补料是新型修补材料，凝固快，常温初凝 15-30 分钟，终凝 30-60 分钟，能快速形成强度，满足快速开放交通需求。强度高，固化后抗压 50-80MPa，抗拉 3-5MPa，可承受重载和碾压，耐高温高压，与旧混凝土粘结好，能形成整体受力。

3.3.2 应用效果

在桥梁伸缩缝修复中优势独特。传统方法工序繁、耗人力时间，该材料简化施工。某项目中，清理病害区域后填充材料，简单处理 30 分钟后即可开放交通。后续观察，伸缩缝平整牢固，在车辆荷载和温度变化下未开裂变形，提高使用寿命，减少对交通影响，降低成本。

四、结论

道路桥梁混凝土裂缝由温度变化、混凝土收缩、荷载作用、地基变形及原材料质量等多种因素共同导致，威胁结构安全和耐久性。自流平聚氨酯灌缝胶、单组份聚氨酯冷灌缝胶等新型修补材料，凭借优异性能在修复中效果良好，在粘结性等方面优于传统材料，能有效修复裂缝，提高结构性能，延长寿命。但不同材料适用于不同裂缝，实际应用中需依情况合理选择，严格按工艺施工。未来有望研发更多优异材料，为工程质量和可持续发展提供支持。

后续可深入研究新型材料与不同混凝土的兼容性及复杂环境下长期性能，优化施工工艺，为其应用提供理论依据。

参考文献

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