混凝土橋梁裂縫的成因與處理措施

南陽通途公路勘察設計有限公司 陳繼紅

混凝土橋梁裂縫的成因與處理措施

南陽通途公路勘察設計有限公司 陳繼紅

隨著社會的不斷進步，國家加大了對橋梁的投資，混凝土因其取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、可澆筑成各種形狀，并且耐火性好、不易風化、養(yǎng)護費用低，成為當今世界建筑結構中使用最廣泛的建筑材料。但混凝土最主要的缺點是抗拉性能差，容易開裂。大量的工程實踐和理論分析表明，幾乎所有的混凝土構件均是帶裂縫工作的，只是有些裂縫很細，甚至肉眼看不見（＜0.05mm），一般對結構的使用無大的危害，可允許其存在；有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學因素的作用下，不斷產(chǎn)生和擴展，引起混凝土碳化、保護層剝落、鋼筋腐蝕，使混凝土的強度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴重時甚至發(fā)生垮塌事故，危害結構的正常使用，必須加以控制。理論上，結構裂縫是不可避免的現(xiàn)象，但通過施工中的技術管理措施，減少和控制裂縫是完全可能的。本文，筆者從常見裂縫特性、成因著手，旨在找出各種裂縫的防治措施，并提出簡單的裂縫修補方法。以方便在施工中盡量避免危害較大裂縫的出現(xiàn)。

一、橋梁施工裂縫的形成原因

施工中混凝土結構裂縫產(chǎn)生的主要原因，大致可劃分如下幾種：

1.荷載引起的裂縫。荷載裂縫產(chǎn)生的原因在于施工過程中，不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預制結構受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設計圖紙施工，擅自更改結構施工順序，改變結構受力模式；不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。

2.溫度變化引起的裂縫?；炷辆哂袩崦浝淇s性質(zhì)，當外部環(huán)境或結構內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結構內(nèi)將產(chǎn)生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應力可以達到甚至超出荷載應力。溫度裂縫區(qū)別于其他裂縫的最主要特征是隨溫度變化而擴張或合攏。

3.收縮引起的裂縫。在實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因。

塑性收縮。發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4h～5h左右，此時水泥水化反應激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時骨料因自重下沉，因為此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大，可達l%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構件豎向變截面處，如T梁、箱梁腹板與頂、底板交接處，因硬化前沉實不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮，施工時應控制水灰比，避免過長時間的攪拌，下料不宜太快，振搗要密實，豎向變截面處宜分層澆筑。

4.鋼筋銹蝕引起的裂縫。由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應，其銹蝕物氧化鐵體積比原來增長約2倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應力，導致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結構承載力下降，并將誘發(fā)其他形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結構破壞。要防止鋼筋銹蝕，施工時應控制混凝土的水灰比，加強振搗，保證混凝土的密實性，防止氧氣侵入，同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其他存在腐蝕性強的空氣、地下水地區(qū)尤其應慎重。

5.凍脹引起的裂縫。大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重，成齡后混凝土強度損失可達30%～50%。冬季施工時對預應力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。

另外施工工藝質(zhì)量也可引起裂縫，在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫，特別是細長薄壁結構更容易出現(xiàn)等等。

二、橋梁混凝土裂縫的控制與預防措施

針對以上提及的幾種原因，應該采取以下幾種措施來控制與預防橋梁混凝土裂縫的產(chǎn)生。

1.設計措施。

（1）采取合理的結構形式和合理的分塊。混凝土工程施工中如果允許設置水平施工縫，應根據(jù)溫度裂縫的要求進行分塊，且設置必要的連接方式。

（2）合理布置分布鋼筋。盡量采用小直徑、密間距布筋，結構邊緣處或變截面處需要加強分布筋，表面可以設置鋼筋網(wǎng)片。

（3）為防止鋼筋產(chǎn)生銹蝕裂縫，設計時應根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護層厚度。

2.優(yōu)選混凝土原材料。優(yōu)選混凝土原材料、優(yōu)化混凝土配合比的目的是使混凝土具有較大的抗裂能力。

（1）采用低水化熱的水泥。由于礦物成分及摻加混合材料數(shù)量不同，水泥的水化熱差異較大。鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量高的，水化熱較高；混合材料摻量多的水泥水化熱較低。為減小水泥水化熱，降低混凝土絕熱溫升和混凝土內(nèi)部溫度，從而減小內(nèi)外溫差，應選用低水化熱的水泥產(chǎn)品。

（2）摻粉煤灰?？梢杂眠m量粉煤灰取代一部分水泥以削減水化熱產(chǎn)生的高溫峰值?；炷林袚接梅勖夯液螅商岣呋炷恋目?jié)B性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強度，抑制堿集料反應，減少新拌混凝土的泌水等。

（3）骨料的選用。應優(yōu)先選用熱膨脹系數(shù)小、含泥量低的和水泥反應生成物結合實物的碎石骨料（弱堿或弱酸），并強調(diào)骨料的連續(xù)級配，條件許可時，應盡可能使用粒徑大的骨料。

（4）優(yōu)化混凝土配合比。認真進行混凝土配合比設計，通過試驗確定施工中采用的配合比。

3.地基處理。

（1）盡可能以樁柱式(坐于巖盤上的重力式基礎除外)基礎及下部的形式加寬，避免下部產(chǎn)生不均勻沉陷。

（2）對基底采取夯實、換填夯實等，使沉降均勻，基底的埋深要考慮凍土的影響；對剛性擴大基礎，建議對下部結構聯(lián)成一體，并盡量對基底進行技術處理，盡可能減少不均勻的沉陷。

（3）新建基礎的承載能力要比原有基礎適當提高；加強橫向連接，降低沉降對新舊接縫處受力的影響。

（4）增加橋面水泥混凝土鋪裝的剛度，這是提高橋梁上部結構整體性的重要措施；

（5）在做橋梁上部結構設計時，把基礎不均勻沉降作為荷載適當加以考慮。

4.混凝土養(yǎng)生。剛澆筑的混凝土強度低、抵抗變形能力小，應控制好混凝土養(yǎng)生時的溫度和濕度，理想條件是恒溫恒濕養(yǎng)生，如遇到不利的溫濕度條件，其表面容易發(fā)生有害的冷縮和干縮裂縫?；炷帘砻鎵浩胶?，先在混凝土表面灑水，再覆蓋一層塑料薄膜，然后在塑料薄膜上覆蓋保溫材料進行養(yǎng)護，保溫材料夜間要覆蓋嚴密，防止混凝土暴露，中午氣溫較高時可以揭開保溫材料適當散熱。底層塑料布下預設補水軟管，補水軟管間距6～8m,沿管長度方向每100mm開5mm水孔，根據(jù)底板表面濕潤情況向管內(nèi)注水，養(yǎng)護過程設專人負責。以及采取合適的施工措施等等。

一座橋梁從建成到使用，牽涉到設計、施工、監(jiān)理、運營管理等各個方面。設計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力，均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。在橋梁混凝土施工過程中，采用合理的設計措施，正確選擇原材料，采用科學的施工措施，嚴格施工管理，就可以提高混凝土本身抗拉性能，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，保證工程質(zhì)量，避免因出現(xiàn)裂縫而影響工程的質(zhì)量甚至導致結構垮塌的事故的發(fā)生。