混凝土橋梁裂縫成因與防治技術(shù)研究

陳 濤

安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司（230088）

0 引言

我國橋梁工程建設(shè)材料廣泛采用混凝土，而受人為、外部環(huán)境因素、地震等自然災(zāi)害的影響，使得混凝土橋梁常常會(huì)出現(xiàn)裂縫問題。而倘若混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫， 不僅會(huì)影響橋梁工程的使用年限，還會(huì)對(duì)人們的人身財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大威脅。 近年來，我國橋梁建設(shè)事業(yè)發(fā)展如火如荼，由此也促進(jìn)了混凝土橋梁裂縫處理技術(shù)的提升，但因橋梁裂縫引發(fā)的安全事故時(shí)有發(fā)生。為切實(shí)解決混凝土橋梁裂縫問題，需要對(duì)橋梁裂縫成因進(jìn)行全面分析，并采取有效的防治技術(shù)，進(jìn)而減少因橋梁裂縫引發(fā)的安全事故。文章將對(duì)混凝土橋梁裂縫成因與防治技術(shù)進(jìn)行探討研究。

1 混凝土橋梁裂縫成因

1.1 荷載因素

混凝土橋梁在日常運(yùn)行中，混凝土結(jié)構(gòu)往往要承受各種形式的重力負(fù)荷，不僅有橋梁基礎(chǔ)設(shè)施靜止?fàn)顟B(tài)的荷載，還有源于通行車輛的動(dòng)力荷載。 受外力的影響，混凝土結(jié)構(gòu)極易在動(dòng)靜荷載、次應(yīng)力的雙重作用下引發(fā)混凝土裂縫。 換言之，橋梁的設(shè)計(jì)承載力應(yīng)控制在相應(yīng)范圍內(nèi)，倘若實(shí)際荷載重量超過橋梁承載能力， 就會(huì)破壞橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)此以往，橋梁即會(huì)出現(xiàn)裂縫問題。 因?yàn)闃蛄汉奢d種類的不同，引發(fā)的裂縫種類也不盡相同，主要包括橋梁局部裂縫、橋梁扭曲式裂縫以及重力下的橋梁裂縫等[1]。

1.2 溫度因素

受溫度影響致使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫，主要是因?yàn)闇囟炔睿炷敛牧蠈?duì)周圍溫度提出了較為嚴(yán)格的要求，倘若混凝土內(nèi)外部溫度太大，則會(huì)致使混凝土出現(xiàn)硬化。 混凝土硬化過程中，會(huì)受收縮不均影響而產(chǎn)生溫差裂縫。 混凝土澆筑過程中，水泥和水會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)水熱化現(xiàn)象，使混凝土內(nèi)部溫度迅速升高，這也是混凝土澆筑一段時(shí)間內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)溫度上升的一大原因。 混凝土澆筑數(shù)日后，內(nèi)部熱量會(huì)逐步向外部散發(fā)，在這過程中混凝土內(nèi)部的壓應(yīng)力會(huì)伴隨溫度的降低而轉(zhuǎn)化為拉應(yīng)力，一旦混凝土難以承受拉應(yīng)力的強(qiáng)度，混凝土外部已有的裂縫會(huì)進(jìn)一步加深，受溫度因素影響產(chǎn)生的裂縫通常難以被人們所發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槠浯蠖喑霈F(xiàn)于施工早期， 加之溫度差引發(fā)的裂縫往往偏小，通常只有在拆模后才會(huì)被發(fā)現(xiàn)[2]。

1.3 人為因素

人為因素引發(fā)的混凝土橋梁裂縫，主要表現(xiàn)為以下幾方面:首先是對(duì)混凝土的振搗次數(shù)；其次是對(duì)混凝土前期的養(yǎng)護(hù)工作； 最后是混凝土施工速度。其中，開展好混凝土振搗工作至關(guān)重要，振搗次數(shù)多少很大程度上影響著混凝土的密實(shí)程度。 倘若振搗次數(shù)不足，混凝土?xí)霈F(xiàn)蜂窩、空洞等問題。 而混凝土運(yùn)輸、攪拌時(shí)間過長(zhǎng)，則會(huì)使得混凝土引發(fā)離析現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫問題。 在混凝土前期養(yǎng)護(hù)中，如果混凝土前期受凍，其表面將會(huì)產(chǎn)生裂縫；而如果保溫層太厚，則會(huì)造成混凝土與受力鋼筋相互間的垂直裂縫。 另外，混凝土施工速度太快，會(huì)很大程度降低混凝土流動(dòng)性，影響混凝土密實(shí)度，進(jìn)一步致使混凝土出現(xiàn)裂縫。

1.4 銹蝕因素

在市面上存在一些混凝土質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，保護(hù)層厚度不足，亦或保護(hù)層出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，致使鋼筋周圍的混凝土堿度偏低， 還存在氯化物滲入情況，進(jìn)而使得鋼筋表層氧化膜遭到破壞， 出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，銹蝕后鋼筋體積會(huì)擴(kuò)大數(shù)倍，鋼筋膨脹會(huì)造成其周圍混凝土脫落，進(jìn)一步出現(xiàn)裂縫問題（如圖1 所示）再加上因?yàn)殇摻畹匿P蝕，鋼筋與混凝土的粘接力會(huì)不斷減弱，混凝土結(jié)構(gòu)承載力降低，在一系列可能引發(fā)裂縫的因素影響下，混凝土裂縫會(huì)逐步惡化。

圖1 橋梁裂縫示意圖

2 混凝土橋梁裂縫防治技術(shù)

2.1 開展好荷載布局設(shè)計(jì)工作

在混凝土橋梁設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員應(yīng)切實(shí)開展好施工現(xiàn)場(chǎng)勘察工作，全面采集施工現(xiàn)場(chǎng)的一系列環(huán)境要素，結(jié)合橋梁建設(shè)要求，基于施工實(shí)際情況核對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，確保橋梁建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。 在施工期間，應(yīng)結(jié)合橋梁的實(shí)際荷載能力，采取一系列手段以調(diào)節(jié)混凝土結(jié)構(gòu)荷載力。 如在施工期間通過合理放置施工設(shè)備以控制施工設(shè)備產(chǎn)生的額外荷載。 在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮到各方面影響因素，以免出現(xiàn)混凝土設(shè)計(jì)荷載與實(shí)際荷載相差太大的情況。 通過對(duì)混凝土實(shí)際荷載的有效評(píng)估，確保在實(shí)際建設(shè)中混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，依托對(duì)施工期間一系列因素的全面把控，以防止出現(xiàn)因?yàn)楹奢d因素造成的混凝土裂縫。

2.2 混凝土澆筑時(shí)控制好其溫度差

混凝土橋梁施工中，為便于各項(xiàng)施工操作開展，通常會(huì)在施工現(xiàn)場(chǎng)合理布置各種機(jī)械設(shè)備，進(jìn)行混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工及攪拌。 這一途徑可有效提升橋梁施工效率，降低橋梁施工成本。 但在混凝土現(xiàn)場(chǎng)攪拌過程中，應(yīng)安排專人開展操作，在攪拌時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況適時(shí)添加水，以實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土溫度的有效控制。 而控制好混凝土溫度，是橋梁施工中防治混凝土裂縫出現(xiàn)的一項(xiàng)重要手段[3]。 另外，減少混凝土運(yùn)輸距離、冷卻拌、骨料澆水冷卻等也可有助于控制混凝土溫度。 通過在混凝土澆筑時(shí)控制好其溫度差，便可有效減少混凝土內(nèi)外部應(yīng)力作用對(duì)其的影響。 除此之外，為控制混凝土建筑溫度，還可選擇在低溫的時(shí)間段開展建筑，如在低溫季節(jié)，亦或在一天中氣溫相對(duì)低的時(shí)間段開展?jié)仓?為了盡可能降低混凝土入模溫度，最好全程將泵送混凝土的輸送管道放置在冷水中， 以此減少太陽的輻射熱能，控制泵送期間混凝土吸收的熱量，切實(shí)防止因溫度變化而致使引發(fā)裂縫問題。

2.3 防治鋼筋銹蝕裂縫

為避免鋼筋出現(xiàn)銹蝕情況，應(yīng)確保鋼筋擁有充足的保護(hù)層厚度， 依據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)開展設(shè)計(jì)工作。 另外，在施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)振搗，確?；炷撩軐?shí)性，倘若施工現(xiàn)場(chǎng)在沿海地區(qū)或在其他特殊環(huán)境地區(qū)， 更應(yīng)當(dāng)在施工時(shí)進(jìn)行必要的防護(hù)處理，以防止腐蝕性空氣、水分等進(jìn)入混凝土內(nèi)部。

2.4 開展好監(jiān)測(cè)、維護(hù)工作

在混凝土橋梁施工過程中，應(yīng)密切監(jiān)測(cè)混凝土溫度、收縮變形程度等相關(guān)指標(biāo)，通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的及時(shí)反饋，以確保施工的有序開展。 同時(shí)，應(yīng)切實(shí)保證混凝土性能，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)提升混凝土抗裂能力，在開展施工過程中，混凝土質(zhì)量?jī)?yōu)劣影響著裂縫的出現(xiàn)，對(duì)于貫穿性裂縫更要給予特別重視，一旦發(fā)現(xiàn)裂縫，即要結(jié)合采集數(shù)據(jù)及調(diào)查結(jié)果，系統(tǒng)分析裂縫出現(xiàn)原因及橋梁自身的實(shí)際情況，進(jìn)一步確定具體修補(bǔ)對(duì)策[4]。 另外，在橋梁竣工投入運(yùn)行后，還應(yīng)對(duì)橋梁開展有效監(jiān)測(cè)，尤其是重要的大型橋梁應(yīng)開展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 如在橋梁重要構(gòu)件上裝置光纖、傳感器等，通過先進(jìn)技術(shù)對(duì)橋梁在行車荷載、風(fēng)載、撞擊等荷載作用下應(yīng)力、裂縫等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并結(jié)合獲取的數(shù)據(jù)對(duì)橋梁予以健康評(píng)估。 同時(shí)，注重對(duì)橋梁開展適時(shí)維護(hù)，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，延長(zhǎng)橋梁使用壽命。

2.5 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

為防治混凝土橋梁施工結(jié)束后的裂縫問題，相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，借助有效養(yǎng)護(hù)手段，在適宜的時(shí)間對(duì)混凝土開展保溫、保濕處理，以保證混凝土的性能[5]。 除此之外，還應(yīng)對(duì)混凝土溫度進(jìn)行適時(shí)測(cè)量，為防治裂縫問題，應(yīng)結(jié)合采集的溫度數(shù)據(jù)在混凝土表層鋪設(shè)相應(yīng)的塑料片，調(diào)節(jié)混凝土溫度轉(zhuǎn)變。

3 結(jié)語

總而言之，裂縫是混凝土橋梁中十分常見的一項(xiàng)質(zhì)量問題，混凝土橋梁一旦出現(xiàn)裂縫問題，不僅會(huì)影響橋梁的質(zhì)量，更會(huì)使橋梁的整體性能大打折扣，進(jìn)一步影響橋梁的安全有序運(yùn)行。 鑒于此，混凝土橋梁防治技術(shù)尤為重要，其將嚴(yán)重影響著橋梁工程質(zhì)量。 在混凝土橋梁工程建設(shè)期間，相關(guān)人員應(yīng)圍繞如何更有效應(yīng)用好裂縫防治技術(shù)進(jìn)行探索研究，明確混凝土橋梁裂縫成因，切忌未經(jīng)過分析即進(jìn)行隨意修補(bǔ)、防治，必須要立足于橋梁的實(shí)際情況，開展好荷載布局設(shè)計(jì)工作，混凝土澆筑時(shí)控制好其溫度差，防治鋼筋銹蝕裂縫，開展好監(jiān)測(cè)、維護(hù)工作等，從多個(gè)不同方面著手，以切實(shí)保證橋梁工程的安全性、可靠性，促進(jìn)我國橋梁建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。