鋼筋混凝土橋梁裂縫成因分析和防治方法

王銀鎖

1 概述

混凝土因取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、可澆筑成各種形狀，并且具有耐火性好、不易老化、養(yǎng)護費用低等特點，而成為當(dāng)今世界橋梁中使用最為廣泛的材料。同時，混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及外加材料混合而硬化后形成的非均質(zhì)脆性材料，在硬化成型后存在著微孔隙和微裂縫，結(jié)構(gòu)物通常是帶縫工作。為了避免橋梁工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫，有必要對混凝土橋梁裂縫的成因提高認識，進而加強防治。

2 裂縫的種類和成因

2.1 塑性收縮裂縫

塑性裂縫多在新澆筑的混凝土構(gòu)件暴露于空氣中的上表面出現(xiàn)，塑性收縮是指混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。塑性裂縫產(chǎn)生的主要原因為:混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，或者混凝土剛剛終凝而強度很小時，受高溫或較大風(fēng)力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細管中產(chǎn)生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對濕度等。

2.2 沉降收縮裂縫

沉降裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致，或者因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導(dǎo)致，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

2.3 溫度裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中?；炷翝仓?，在硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，當(dāng)水泥用量在350 kg/m3～550 kg/m3，每立方米混凝土將釋放出17 500 kJ～27 500 kJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升達70℃左右甚至更高。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。

2.4 荷載引起裂縫

荷載裂縫是指混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫，主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。其中直接應(yīng)力裂縫產(chǎn)生是由設(shè)計、施工、使用的原因引起的。設(shè)計原因為設(shè)計計算結(jié)構(gòu)受力與實際受力不符，結(jié)構(gòu)安全性系數(shù)不高。如梁板結(jié)構(gòu)的彎曲裂縫和剪切裂縫，正彎矩裂縫一般位于跨中，從底邊開始向上發(fā)展，懸臂結(jié)構(gòu)負彎矩區(qū)裂縫通常在支座附近，由上向下發(fā)展，剪切裂縫通常發(fā)生在受彎結(jié)構(gòu)和壓彎結(jié)構(gòu)的支座附近，由下開始，沿著與軸線成45°左右開裂;施工原因為施工時不按施工設(shè)計圖要求的加載順序進行，改變結(jié)構(gòu)受力模式;使用原因主要有超載車輛或撞擊。次應(yīng)力裂縫產(chǎn)生原因有結(jié)構(gòu)物實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或者應(yīng)力集中導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開裂。

2.5 施工材料質(zhì)量引起的裂縫

混凝土是由水泥、砂石骨料、外加劑和水拌合凝結(jié)反應(yīng)形成，所用原材料質(zhì)量不合格可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)裂縫。

2.5.1 水泥

水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)，氧化鈣在凝結(jié)過程中水化反應(yīng)很慢，在水泥混凝土初凝后仍然繼續(xù)水化，這樣導(dǎo)致已經(jīng)硬化的水泥混凝土開裂。水泥強度不足可直接造成混凝土強度不足，從而出現(xiàn)裂縫。

2.5.2 砂石骨料

砂石粒徑太小、級配不連續(xù)，將導(dǎo)致拌合后的混凝土收縮增大，砂石中云母含量較高會削弱水泥與骨料的粘結(jié)力，降低混凝土強度，這都會引起混凝土出現(xiàn)裂縫。

2.5.3 外加劑和水

外加劑和水中含氯化物對鋼筋有銹蝕作用，從而影響混凝土與鋼筋的握裹力，導(dǎo)致鋼筋結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)裂縫。

2.6 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)物澆筑、脫模、運輸、堆放、拼裝過程中，如工藝不合理，可產(chǎn)生裂縫，主要有:1)混凝土保護層過厚，導(dǎo)致鋼筋骨架有效高度減小，易形成裂縫。特別是在普通鋼筋混凝土箱梁底板處表現(xiàn)更為明顯。2)混凝土初期養(yǎng)護不善，導(dǎo)致混凝土表面失水過快出現(xiàn)收縮裂縫。3)混凝土振搗不密實，出現(xiàn)蜂窩、空洞現(xiàn)象，導(dǎo)致裂縫;施工環(huán)節(jié)銜接不暢，澆筑中形成薄弱接縫導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。4)施工管理不善，隨意改變水灰比，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)時收縮增加，出現(xiàn)裂縫。

3 裂縫的預(yù)防與修補

3.1 裂縫的預(yù)防

通過對裂縫的成因分析，產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的，主要歸納為設(shè)計、施工和管理方面的疏忽造成的。因此要從源頭加強管理，重視設(shè)計，尤其是超過20m跨徑的現(xiàn)澆混凝土箱梁盡量采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，并且適當(dāng)提高截面高度;超寬幅橋梁用墩帽宜采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，以保證懸臂端不出現(xiàn)負彎矩裂縫。加強工程施工管理，從原材料、施工工藝、混凝土養(yǎng)護等各個方面入手，層層把關(guān)，規(guī)范施工，是完全可以避免危害結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。

3.2 裂縫的修補

3.2.1 表面處理法

表面處理法包括表面涂刷法、表面鋪設(shè)法和表面抹灰法。表面涂刷法是在混凝土表面沿著裂縫涂刷薄膜型表面涂料，阻塞細小裂縫，減少滲漏，防止鋼筋銹蝕。涂刷材料有水泥漿、油漆、瀝青、環(huán)氧樹脂等。表面鋪設(shè)法是沿裂縫鋪設(shè)環(huán)氧樹脂玻璃布或橡膠瀝青棉紙等，起到粘貼封閉裂縫的作用。表面抹灰法可用1∶2～1∶2.5的水泥砂漿抹平，在抹砂漿之前，必須用鋼絲刷和加壓水洗刷基層，結(jié)合面保持濕潤，抹灰初凝后要加強養(yǎng)護工作，保證砂漿與結(jié)構(gòu)粘結(jié)牢固。

3.2.2 填充密封法

該方法是將裂縫表面鑿成凹槽，然后填以填充材料進行修補。包括剛性材料填充法、彈性材料填充法。剛性材料填充法通常采用普通水泥砂漿、膨脹砂漿或樹脂砂漿等材料填充，首先將裂縫手工剔鑿或用機械開槽，再填充。彈性材料填充法一般用丙烯酸樹脂、硅酸酯、聚硫化物、合成橡膠等材料填充。

3.2.3 壓力灌漿法

壓力灌漿法不僅能修補混凝土表面，而且能注入到混凝土內(nèi)部，對裂縫進行粘合、封閉和補強。為了提高灌漿的飽滿度，灌漿時一般都施加一定的壓力。灌漿材料有水泥灌漿、化學(xué)物灌漿、瀝青灌漿。常用水泥灌漿一般采用42.5R級普通水泥，配備成合適的稠度(水灰比宜取0.3～0.6)，將灌漿壓力控制在0.4mPa～0.6mPa?；瘜W(xué)物灌漿一般采用環(huán)氧灌漿，環(huán)氧樹脂與混凝土、金屬有很高的粘結(jié)力，并具有穩(wěn)定性好、收縮性小、抗?jié)B、耐磨高的優(yōu)點，目前廣泛應(yīng)用于水利、交通運輸、石油化工等工程中。施工時可采用單孔和多孔同時灌漿，按照由下向上的順序進行。在壓力達到設(shè)計時，再保持壓力穩(wěn)定，直至灌漿滿足要求。

3.2.4 粘貼鋼板施工法

采用環(huán)氧樹脂將鋼板粘貼在需要修補的裂縫位置上，從而使鋼板與混凝土表面牢固結(jié)合形成整體，共同抵御荷載。

4 結(jié)語

混凝土橋梁裂縫的產(chǎn)生因素較多，必須嚴格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計、施工，以避免出現(xiàn)危害結(jié)構(gòu)的裂縫。同時，在使用中加強對橋梁的管理和養(yǎng)護，做到定期檢測，尤其是對橋梁裂縫的發(fā)展要組織實測、分析，必要時及時修補和補強，確保橋梁正常安全運營。

[1]卓尚木.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)事故分析與加固[M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[2]高玉英.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁裂縫成因及防治[J］.山西建筑，2010，36(27):313-314.