淺談混凝土橋梁裂縫的成因及解決辦法

王夢福

摘要：混凝土裂縫經常困擾著橋梁工程技術人員。其實只要采取一定的措施是可以克服和控制的，本文就橋梁在建造和使用中的常見病及多發病“裂縫”，進行一些探討。

關鍵詞：混凝土；橋梁裂縫

混凝土自從發明以來便在工程建設中被廣泛使用。然而混凝土的裂縫較為普遍，在各種結構工程中中裂縫幾乎無所不在。盡管我們在施工中采取各種措施，但裂縫仍然時有出現。究其原因，我們對混凝土溫度應力的變化的控制不到位是其產生裂縫的原因之一。

混凝土的裂縫有害程度的標準是根據使用條件決定的。目前世界各國的規定不完全一致，但大致相同。如從結構耐久性要求、承載力要求及正常使用要求，最嚴格的允許裂縫寬度為0.1mm。近年來，許多國家已根據大量試驗與泵送混凝土的經驗將其放寬到0.2mm。當結構所處的環境正常，保護層厚度滿足設計要求，無侵蝕介質，鋼筋混凝土裂縫寬度可放寬至0.4mm；在濕氣及土中為0.3mm；在海水及干濕交替中為0.15mm。沿鋼筋的順筋裂縫有害程度高，必須處理。近年來預應力混凝土應用范圍逐漸推廣到更多的結構領域，其混凝土強度等級必須提高至C50。在采用泵送條件下，其收縮與水化熱大大增加，約束應力裂縫很難避免，張拉前開裂，張拉后又不閉合，裂縫控制的難度更加困難。預應力結構裂縫允許寬度是嚴格的，預應力筋腐蝕屬“應力腐蝕”并有可能脆性斷裂，預兆性較小，裂縫擴展速度快。裂縫深度h與結構厚度H的關系如下：h≤0.1H表面裂縫；0.1H＜h＜0.5H淺層裂縫；0.5H≤h＜1.0H縱深裂縫；h=H貫穿裂縫。應當盡量避免貫穿性及縱深裂縫，如出現該種裂縫應采取化學灌漿處理來保證強度，即貫縫抗拉強度必須超過混凝土抗拉強度。早期裂縫一般出現在一個月之內，中期裂縫約在６個月之內，其后1～2年或更長時間屬于后期裂縫。

1 橋梁裂縫的種類及其成因

混凝土結構裂縫的成因復雜、繁多，有時多種因素互相影響，但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要因素。混凝土橋梁裂縫的種類，就其產生的原因，大致可劃分如下幾種：

1.1 荷載引起的裂縫

混凝土橋梁在靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫，主要有直接裂縫、次應力裂縫兩種。直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫；次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。

1.2 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質，當外部環境或內部溫度發生變化，混凝土將發生變形，若變形遭到約束，則在結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應力可以達到甚至超出荷載應力。溫度裂縫區別其他裂縫最主要特性是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有：年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸汽養護或冬季施工措施不當等。

1.3 收縮引起的裂縫

在實際工程中，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）是發生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。研究表明，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標號及用量、骨料品種、水灰比、外摻劑、養護方法、外界環境、振搗方式及時間。

1.4 地基變形引起的裂縫

由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結構中產生附加應力，超出混凝土結構的抗拉能力，導致結構開裂。基礎不均勻沉降的主要原因有：地質勘察精度不夠、試驗資料不準；地基地質差異太大；結構荷載差異太大；結構基礎類型差別太大；地基凍脹；橋梁基礎基于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質時，可能造成不均勻沉降。

1.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫

要防止鋼筋銹蝕，設計時應根據規范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護層厚度（當然保護層亦不能太厚，否則構件有效高度減小，受力時將加大裂縫寬度）；施工時應控制混凝土的水灰比，加強振搗，保證混凝土的密實性，防止氧氣侵入，同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區尤其應慎重。

1.6 凍脹引起的裂縫

大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現冰凍，游離的水轉變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產生膨脹應力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水（結冰溫度在-78度以下）在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導致裂縫出現。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重，成齡后混凝土強度損失可達30%-50%。冬季施工時對預應力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發生沿管道方向的凍脹裂縫。

1.7 施工材料質量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質量不合格，可能導致結構出現裂縫。如：水泥、砂、石骨料、以及拌和水及外加劑等。

1.8 施工工藝質量引起的裂縫

在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質量低劣，容易產生縱向的、橫向等各種裂縫，特別是細長薄壁結構更容易出現。

2 如何對混凝土裂縫進行處理

2.1 表面處理法

包括表面涂抹和表面貼補法，表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細而淺的裂縫，深度未達到鋼筋表面的發絲裂縫，不漏水的裂縫，不伸縮的裂縫以及不在活動的裂縫。

2.2 填充法

用修補材料直接填充裂縫，一般用來修補較寬的裂縫（0.3mm）,作業簡單,費用低。寬度小于0.3mm，深度較淺的裂縫、以及小規模裂縫的簡易處理可采用取開V型槽，然后作填充處理。

2.3 灌漿法

此法應用范圍廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。

2.4 結構補強法

因超荷載產生的裂縫、裂縫長時間不處理導致的混凝土耐久性降低、火災造成裂縫等影響結構強度可采取結構補強法、錨固補強法、預應力法等。

2.5 混凝土裂縫處理效果的檢查

包括修補材料試驗；鉆芯取樣試驗；壓水試驗；壓氣試驗等。

3 結論

由上述可知，設計疏漏、施工低劣、監理不力，均可能使混凝土橋梁出現裂縫。因此，嚴格按照國家有關規范、技術標準進行設計、施工和監理，是保證結構安全耐用的前提和基礎。在運營管理過程中，進一步加強巡查和管理，及時發現和處理問題，也是相當重要的環節。