孫東風(fēng)

（青藏鐵路公司建管所，青海 西寧810006）

1 引言

混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位。而在今天，混凝土裂縫較為普遍，在橋梁工程中裂縫幾乎無(wú)所不在，.盡管我們?cè)谑┕ぶ胁扇「鞣N措施，，小心謹(jǐn)慎，但裂縫仍然時(shí)有出現(xiàn)。究其原因，是我們對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠，沒(méi)有做到合理的預(yù)防和裂縫修補(bǔ)的方法，通過(guò)多年的現(xiàn)場(chǎng)觀察，查閱有關(guān)混凝土內(nèi)部應(yīng)力方面的專著，本文詳細(xì)分析了混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的機(jī)理并給出了具體的防治措施。

2 混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的機(jī)理分析

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，且相互影響，如溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿集料反應(yīng)），模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的主要原因。混凝土橋梁裂縫的種類，大致可劃分以下幾種。

2.1 溫度和濕度變化引起的裂縫

混凝土硬化期間水泥放出大量的水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過(guò)程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫?；炷潦且环N脆性材料，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1／10左右，短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有(0.6～1.0)×10-4.長(zhǎng)期加荷時(shí)的極限位伸變形也只有(1.2～2.0)×10-4由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過(guò)其他外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重萼.

2.2 荷載引起的裂縫

混凝土橋粱在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱為荷載裂縫，分為直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫-如橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開(kāi)洞、設(shè)置牛腿等，這難以用準(zhǔn)確的圖式進(jìn)行計(jì)算，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置受力鋼筋。研究表明，受力構(gòu)件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。實(shí)際工程中，次應(yīng)力是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見(jiàn)原因。次應(yīng)力裂縫多屬?gòu)埨?、劈裂、剪切性質(zhì)。在設(shè)計(jì)上，應(yīng)注意避免結(jié)構(gòu)突變（或斷面突變），當(dāng)不能回避時(shí)，應(yīng)做局部處理，如轉(zhuǎn)角處做圓角（倒角），同時(shí)加強(qiáng)構(gòu)造配筋，轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋，對(duì)于較大孔洞有條件時(shí)可在周邊設(shè)置護(hù)邊角鋼。

2.3 收縮引起的裂縫

在實(shí)際工程中，混凝土因收縮引起的裂縫是最常見(jiàn)的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮(于縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和碳化收縮。

2.3.1 塑性收縮

混凝土澆筑后4～5h，水泥永化反應(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)集料因自重下沉，因此時(shí)混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。在集料下沉過(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、箱粱腹板與頂?shù)装褰唤犹?，因硬化前沉?shí)不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。

2.3.2 縮水收縮(干縮)

混凝土結(jié)硬以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮(于縮)。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此，產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，致使表面混凝土承受拉力，產(chǎn)生收縮裂縫。

2.3.3 自生收縮

自生收縮是混凝土在硬化過(guò)程中，水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)，這種收縮與外界濕度無(wú)關(guān)，且可以是正的(即收縮，如普通硅酸鹽水泥混凝土)，也可以是負(fù)的(即膨脹，如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。

2.3.4 碳化收縮

大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形后，溫度明顯高于其他部位，溫度梯度呈非線性分布。由于受到新建橋梁時(shí)，如分期修建的高速公路左右半幅橋梁，新建橋梁荷載或基礎(chǔ)處理時(shí)引起地基土重新固結(jié)，均可能對(duì)原有橋梁基礎(chǔ)造成較大沉降。

2.4 施工工藝引起的裂縫

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、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)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向，裂縫寬度因產(chǎn)生的原因不同而不同，比較典型常見(jiàn)的有：

(1)混凝土保護(hù)層過(guò)厚或鋼筋變形，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

(2)混凝土振搗不密實(shí)，不均勻，出現(xiàn)蜂窩，麻面，空洞，是導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫的起源點(diǎn)。

(3)混凝土澆筑過(guò)快，混凝土流動(dòng)性較低，在硬化前因混凝土沉實(shí)不足，硬化后沉實(shí)過(guò)大，容易在澆注數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫。

(4)混凝土攪拌，運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使水分蒸發(fā)過(guò)多，引起混凝土坍落度過(guò)低，使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

(5)混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則地收縮裂縫。

(6)混凝土分層或分段澆筑時(shí)，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。

3 預(yù)防混凝土橋梁裂縫的措施

通過(guò)分析混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的機(jī)理，我們可以找到預(yù)防混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的相關(guān)措施，并能夠?qū)σ呀?jīng)產(chǎn)生裂縫的混凝土橋梁進(jìn)行有效的補(bǔ)救，主要的預(yù)防和補(bǔ)救措施如下：

(1)要做好模板，支架及各支撐處基礎(chǔ)和地基處理。確保其不發(fā)生沉降，移位。

(2)U型橋臺(tái)要控制其填料的抗壓強(qiáng)度，并作好臺(tái)背的防水排水設(shè)施，防止填土過(guò)濕或排水不良，由于壓實(shí)不足或凍脹產(chǎn)生裂縫。

(3)在盡可能的情況下，橋梁墩臺(tái)（尤其高墩）混凝土應(yīng)一氣澆灌，不設(shè)施工縫。對(duì)墩身不可避免的施工縫要按技術(shù)規(guī)范要求，鑿毛該混凝土表面，用水沖洗，在混凝土澆筑前，對(duì)水平縫鋪一層2-3cm的1:2水泥砂漿，然后再繼續(xù)澆筑混凝土。

(4)在混凝土初凝前，進(jìn)行二次振搗?？捎行蛩苄猿两狄鸬膬?nèi)分層，改善集料的界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土強(qiáng)度。

(5)使用外加劑對(duì)減少混凝土開(kāi)裂的作用為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開(kāi)裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開(kāi)裂的措施之一。

(6)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)對(duì)減少混凝土表面裂縫的作用。實(shí)踐證明，混凝土常見(jiàn)的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是混凝土內(nèi)部各部分有溫度梯度造成的溫度應(yīng)力在混凝土表面形成的裂縫。因此說(shuō)混凝土的保溫對(duì)防止表面早期裂縫尤其重要。

(7)橋墩身的豎向裂縫預(yù)防，可從控制溫度，改進(jìn)設(shè)計(jì)和施工操作工藝，改善混凝土性能等方面入手，可減少水泥用量降低混凝土的入模溫度，如避開(kāi)高溫時(shí)段施工，對(duì)原材料降溫處理；降低水泥水化熱的溫升，如選用低水化熱的水泥減少水泥用量等，摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰；加快澆筑混凝土的散熱，如使用鋼模，分層澆筑混凝土，每層不大于30cm，并使溫度分布均勻，在大體積混凝土中甚至還可預(yù)埋或利用一些管孔道通過(guò)冷水或冷風(fēng)來(lái)降溫。

(8)加強(qiáng)澆筑混凝土的表面保護(hù)。如表面應(yīng)及時(shí)用草席，草袋覆蓋，并灑水或蓄水養(yǎng)護(hù)。夏天延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，寒冷季節(jié)爭(zhēng)取保溫措施，保護(hù)混凝土表面，特別是薄壁結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)拆模時(shí)間，可延緩降溫，使混凝土中心與表面溫度差減小，以防急劇降溫。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上對(duì)混凝土橋梁裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的探討，雖然對(duì)于混凝土裂縫的成因多種多樣，但對(duì)于具體的預(yù)防和改善措施意見(jiàn)是有一定的規(guī)律的。在具體施工中，我們要多觀察、多比較，出現(xiàn)問(wèn)題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。

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