南陽(yáng)通途公路勘察設(shè)計(jì)有限公司 陳繼紅

混凝土橋梁裂縫的成因與處理措施

南陽(yáng)通途公路勘察設(shè)計(jì)有限公司 陳繼紅

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，國(guó)家加大了對(duì)橋梁的投資，混凝土因其取材廣泛、價(jià)格低廉、抗壓強(qiáng)度高、可澆筑成各種形狀，并且耐火性好、不易風(fēng)化、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低，成為當(dāng)今世界建筑結(jié)構(gòu)中使用最廣泛的建筑材料。但混凝土最主要的缺點(diǎn)是抗拉性能差，容易開裂。大量的工程實(shí)踐和理論分析表明，幾乎所有的混凝土構(gòu)件均是帶裂縫工作的，只是有些裂縫很細(xì)，甚至肉眼看不見（＜0.05mm），一般對(duì)結(jié)構(gòu)的使用無(wú)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(xué)因素的作用下，不斷產(chǎn)生和擴(kuò)展，引起混凝土碳化、保護(hù)層剝落、鋼筋腐蝕，使混凝土的強(qiáng)度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生垮塌事故，危害結(jié)構(gòu)的正常使用，必須加以控制。理論上，結(jié)構(gòu)裂縫是不可避免的現(xiàn)象，但通過(guò)施工中的技術(shù)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(jiǎn)單的裂縫修補(bǔ)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(jié)構(gòu)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(guò)程中，不加限制地堆放施工機(jī)具、材料；不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝；不按設(shè)計(jì)圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式；不對(duì)結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動(dòng)下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。

2.溫度變化引起的裂縫?；炷辆哂袩崦浝淇s性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出荷載應(yīng)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(kuò)張或合攏。

3.收縮引起的裂縫。在實(shí)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(guò)程中、混凝土澆筑后4h～5h左右，此時(shí)水泥水化反應(yīng)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(shí)骨料因自重下沉，因?yàn)榇藭r(shí)混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級(jí)很大，可達(dá)l%左右。在骨料下沉過(guò)程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)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(shí)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(shí)應(yīng)控制水灰比，避免過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的攪拌，下料不宜太快，振搗要密實(shí)，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(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)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(yīng)，其銹蝕物氧化鐵體積比原來(lái)增長(zhǎng)約2倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)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(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其他形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。要防止鋼筋銹蝕，施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強(qiáng)振搗，保證混凝土的密實(shí)性，防止氧氣侵入，同時(shí)嚴(yán)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(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。

5.凍脹引起的裂縫。大氣氣溫低于零度時(shí)，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(yīng)力；同時(shí)混凝土凝膠孔中的過(guò)冷水在微觀結(jié)構(gòu)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(qiáng)度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時(shí)受凍最嚴(yán)重，成齡后混凝土強(qiáng)度損失可達(dá)30%～50%。冬季施工時(shí)對(duì)預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過(guò)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(jìn)的和貫穿的各種裂縫，特別是細(xì)長(zhǎng)薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)等等。

二、橋梁混凝土裂縫的控制與預(yù)防措施

針對(duì)以上提及的幾種原因，應(yīng)該采取以下幾種措施來(lái)控制與預(yù)防橋梁混凝土裂縫的產(chǎn)生。

1.設(shè)計(jì)措施。

（1）采取合理的結(jié)構(gòu)形式和合理的分塊?；炷凉こ淌┕ぶ腥绻试S設(shè)置水平施工縫，應(yīng)根據(jù)溫度裂縫的要求進(jìn)行分塊，且設(shè)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(jié)構(gòu)邊緣處或變截面處需要加強(qiáng)分布筋，表面可以設(shè)置鋼筋網(wǎng)片。

（3）為防止鋼筋產(chǎn)生銹蝕裂縫，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護(hù)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(yīng)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?，可提高混凝土的抗?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(qiáng)度，抑制堿集料反應(yīng)，減少新拌混凝土的泌水等。

（3）骨料的選用。應(yīng)優(yōu)先選用熱膨脹系數(shù)小、含泥量低的和水泥反應(yīng)生成物結(jié)合實(shí)物的碎石骨料（弱堿或弱酸），并強(qiáng)調(diào)骨料的連續(xù)級(jí)配，條件許可時(shí)，應(yīng)盡可能使用粒徑大的骨料。

（4）優(yōu)化混凝土配合比。認(rèn)真進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，通過(guò)試驗(yàn)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(chǔ)除外)基礎(chǔ)及下部的形式加寬，避免下部產(chǎn)生不均勻沉陷。

（2）對(duì)基底采取夯實(shí)、換填夯實(shí)等，使沉降均勻，基底的埋深要考慮凍土的影響；對(duì)剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，建議對(duì)下部結(jié)構(gòu)聯(lián)成一體，并盡量對(duì)基底進(jìn)行技術(shù)處理，盡可能減少不均勻的沉陷。

（3）新建基礎(chǔ)的承載能力要比原有基礎(chǔ)適當(dāng)提高；加強(qiáng)橫向連接，降低沉降對(duì)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(jié)構(gòu)整體性的重要措施；

（5）在做橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，把基礎(chǔ)不均勻沉降作為荷載適當(dāng)加以考慮。

4.混凝土養(yǎng)生。剛澆筑的混凝土強(qiáng)度低、抵抗變形能力小，應(yīng)控制好混凝土養(yǎng)生時(shí)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(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保溫材料夜間要覆蓋嚴(yán)密，防止混凝土暴露，中午氣溫較高時(shí)可以揭開保溫材料適當(dāng)散熱。底層塑料布下預(yù)設(shè)補(bǔ)水軟管，補(bǔ)水軟管間距6～8m,沿管長(zhǎng)度方向每100mm開5mm水孔，根據(jù)底板表面濕潤(rùn)情況向管內(nèi)注水，養(yǎng)護(hù)過(guò)程設(shè)專人負(fù)責(zé)。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(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、運(yùn)營(yíng)管理等各個(gè)方面。設(shè)計(jì)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(guò)程中，采用合理的設(shè)計(jì)措施，正確選擇原材料，采用科學(xué)的施工措施，嚴(yán)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)垮塌的事故的發(fā)生。