河南省信陽市交通質(zhì)監(jiān)定額站 余坤洋

混凝土橋梁裂縫的成因與對策

河南省信陽市交通質(zhì)監(jiān)定額站 余坤洋

在橋梁建設(shè)過程中，混凝土開裂是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，困擾著橋梁工程技術(shù)人員。筆者結(jié)合橋梁的實際檢測經(jīng)驗，綜合近幾年國內(nèi)外對混凝土橋梁裂縫的研究，對不同類別的混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因做出了較為全面的分析和歸納，便于在設(shè)計、施工中找出控制橋梁裂縫的可行性措施。

一、橋梁混凝土裂縫的類型及成因

1.收縮裂縫。由于水泥水化產(chǎn)物的體積比反應(yīng)前物質(zhì)的總體積要小，使混凝土凝固時產(chǎn)生收縮，稱為化學(xué)收縮或凝縮；混凝土在硬化進程中伴隨水分的蒸發(fā)，體積逐漸減小稱為干縮，化學(xué)收縮和干縮合稱為收縮。另外，由于混凝土干燥進程是由表面逐漸擴展到內(nèi)部的，在混凝土內(nèi)部體現(xiàn)為含水梯度的變化，因此，表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不勻稱收縮會導(dǎo)致表面混凝土承擔(dān)拉力，內(nèi)部混凝土承擔(dān)壓力，當(dāng)表面混凝土所承受拉力超出其抗拉強度時就會出現(xiàn)收縮裂縫。

2.溫度裂縫。混凝土受水泥水化放熱、陽光照射、大氣和周圍溫度、電弧焊接等因素影響，會產(chǎn)生冷熱變化，出現(xiàn)收縮和膨脹，在其內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超出混凝土強度時出現(xiàn)的裂縫稱為溫度裂縫。因為混凝土是熱的不良導(dǎo)體，初期水化產(chǎn)生的大量熱量難以蒸發(fā)，澆筑大體積混凝土后，內(nèi)部溫度高于外部，這使內(nèi)部混凝土出現(xiàn)明顯的體積膨脹，而外部混凝土卻因氣溫降低而冷卻收縮。這種內(nèi)部膨張和外部收縮的相互作用，使混凝土容易產(chǎn)生溫度裂縫。蒸氣養(yǎng)護和冬季施工時倘若決策不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均也會出現(xiàn)溫度裂縫。在新舊混凝土接頭處，沿接縫面垂直方向常因水化熱因素出現(xiàn)溫度裂縫。當(dāng)構(gòu)件較長且兩端穩(wěn)固時，由于周圍溫度變化會使構(gòu)件出現(xiàn)附加溫度應(yīng)力，此附加應(yīng)力和原有內(nèi)力合力超出混凝土強度時會出現(xiàn)破壞裂縫。

3.荷載作用下產(chǎn)生的裂縫。

（1）彎曲裂縫。在混凝土梁上加彎矩時會出現(xiàn)彎曲裂縫，對受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件來說，彎曲裂縫最先表現(xiàn)在彎矩最大截面混凝土受拉區(qū)。梁板構(gòu)成的正彎矩裂縫一般位于跨中，從底部開始向上延展，負(fù)彎矩裂縫在連續(xù)或懸臂梁板支座附近，自上向下延展。隨著荷載增大，裂縫寬度加大，長度加深，縫數(shù)也增多，裂縫區(qū)域日益向兩側(cè)延展。

（2）剪切裂縫。剪切裂縫也稱斜裂縫，最先出現(xiàn)在剪應(yīng)力最大位置。對受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件來說，裂縫通常出現(xiàn)在支座附近。伴隨荷載加大，裂縫長度將不斷增加并向受壓區(qū)延展，裂縫縫數(shù)不斷增多且開岔，裂縫區(qū)也日益向跨中方向拓寬，因此，剪切裂縫一旦產(chǎn)生就必須強化察看。若裂縫延展緩慢且限制在受拉區(qū)，裂縫寬度在限值內(nèi)是可以允許的；但若裂縫不斷延展或裂縫已趨近受壓區(qū)，則不管裂縫寬度和長度怎樣均需及時進行必要的穩(wěn)固處理。

（3）斷開裂縫。鋼筋混凝土構(gòu)件受拉時，介入整個截面的裂縫稱為斷開裂縫。受拉構(gòu)件在承載作用下出現(xiàn)的裂縫都沿正截面裂開。受拉構(gòu)件在內(nèi)力較小時，混凝土和鋼筋均勻承受拉力，伴隨內(nèi)力加大，混凝土內(nèi)拉應(yīng)力逐漸達到其受拉極限，混凝土出現(xiàn)裂縫。隨著荷載繼續(xù)加大，鋼筋應(yīng)力達到屈服極限，鋼筋伸長率增加，裂縫變寬，超出設(shè)計規(guī)范允許的寬度，這時構(gòu)件將被破壞。

（4）鋼筋銹蝕引起的裂縫。由于混凝土品質(zhì)差、維護層厚度不夠或被碳化使鋼筋四周混凝土堿度減少等，都會破壞鋼筋表面的氧化膜，進而產(chǎn)生銹蝕反應(yīng)。銹蝕物氫氧化鐵體積會比原來增加約2～4倍，進而對四周混凝土施加膨脹應(yīng)力，致使維護層混凝土開裂、剝離，鋼筋沿縱向出現(xiàn)裂縫。鋼筋銹蝕會使鋼筋有效斷面縮減，鋼筋和混凝土的咬合力變?nèi)?，造成?gòu)件承載力減弱，從而產(chǎn)生裂縫。而其他裂縫的出現(xiàn)又會加大鋼筋銹蝕程度，最終導(dǎo)致構(gòu)件損壞。要預(yù)防鋼筋銹蝕，關(guān)鍵要保證其有充足的維護層厚度；施工時要選擇合適的混凝土水灰比，還要加大振搗，以確?；炷恋拿軐嵭?，并且要嚴(yán)格控制含氯鹽外加劑用量，對沿海地區(qū)或有其他強腐蝕性的空氣、地下水地區(qū)特別要慎用含氯鹽外加劑。

二、混凝土橋梁裂縫的修補方法

1.表面封閉修補法。一般在混凝土表層沿寬度較小的裂縫涂抹樹脂保護膜，在裂縫寬度有可能變化時，可涂抹具有跟蹤性的焦油環(huán)氧樹脂等材料。在裂縫多并且密集或者混凝土老化、砂漿離析的組成物上也應(yīng)涂抹保護膜。

2.鑿深槽嵌補法。先沿裂縫敲出一條深槽，槽形依據(jù)裂縫方位和填補材質(zhì)而定，之后在槽內(nèi)嵌補各種黏結(jié)材質(zhì)，如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲凝等。

3.表面噴漿法。在經(jīng)鑿毛處理的裂縫表層噴射一層緊密且強度高的水泥砂漿維護層密封裂縫。依據(jù)裂縫部位、性質(zhì)和修補需要與要件的不同，可采取無筋素噴漿或掛網(wǎng)噴漿綜合鑿槽嵌補等修補方法。

4.打箍加固封閉法。當(dāng)鋼筋混凝土發(fā)生主應(yīng)力裂縫時，可采取在裂縫處加箍使裂縫封閉的辦法。箍需用扁鋼焊成或圓鋼做成，可以直箍也可以斜箍，其方向需與裂縫方向垂直。箍和梁上下面接觸處可以以角鋼或鋼板加墊。角鋼或鋼板面積和箍橫截面積，按修補加固位置主應(yīng)力的大小、箍安全應(yīng)力和混凝土抗壓強度計算確認(rèn)。

5.粘貼鋼板法。將整個鋼板粘貼在待修補的裂縫部位，讓其與原有混凝土成為一體，進而提升其對活載的抵抗力。使用的粘貼鋼板厚度一般在4.5～6 mm，而混凝土與鋼板的黏結(jié)劑通常采用環(huán)氧基液黏結(jié)劑。

6.注入法粘貼鋼板。在混凝土表層和鋼板之間加墊塊讓兩者之間有一定空隙，用環(huán)氧樹脂膠泥密封四周，之后注入環(huán)氧樹脂，同時排出空隙中的空氣。由于從一方注入環(huán)氧樹脂容易殘留氣泡，因而，施工時通常用木槌隨時敲打鋼板以保證灌實。這種施工法雖然費時，但即便混凝土表層不平整也能進行施工。

三、結(jié)論

伴隨我國公路橋梁事業(yè)的發(fā)展和對裂縫展開機理的進一步研究，對裂縫影響因素的研究也日益量化。伴隨建筑結(jié)構(gòu)計算理論的發(fā)展和計算軟件的運用，大部分因素對鋼筋混凝土裂縫的影響可以通過計算較為精確地預(yù)測，進而能夠采用合適的策略預(yù)防和制約裂縫的開展。