橋梁裂縫產生原因淺析

柳雪婷,姜志文

(雞西市公路工程處)

1 收縮引起的裂縫

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。

塑性收縮。發生在施工過程中、混凝土澆筑后 4～5h左右,此時水泥水化反應激烈,分子鏈逐漸形成,出現泌水和水分急劇蒸發,混凝土失水收縮,同時骨料因自重下沉,因此時混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。

縮水收縮。混凝土結硬以后,隨著表層水分逐步蒸發,濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮。因混凝土表層水分損失快,內部損失慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時,便產生收縮裂縫。

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。我們要在施工中在這幾方面加以控制。

2 溫度變化引起的裂縫

(1)驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表面溫度突然下降,但因內部溫度變化相對較慢而產生溫度梯度。

(2)蒸汽養護或冬季施工時施工措施不當,混凝土驟冷驟熱,內外溫度不均,易出現裂縫。

(3)年溫差。一年中四季溫度不斷變化,對橋梁結構的影響主要是導致橋梁的縱向位移,一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設置柔性墩等構造措施相協調,只有結構的位移受到限制時才會引起溫度裂縫。

(4)水化熱。出現在施工過程中,大體積混凝土(厚度超過 2.0m)澆筑之后由于水泥水化放熱,致使內部溫度很高,內外溫差太大,致使表面出現裂縫。施工中應根據實際情況,盡量選擇水化熱低的水泥品種,限制水泥單位用量,減少骨料入模溫度,降低內外溫差,并緩慢降溫,必要時可采用循環冷卻系統進行內部散熱,或采用薄層連續澆筑以加快散熱。

(5)日照。橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后,溫度明顯高于其它部位,溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用,導致局部拉應力較大,出現裂縫。

3 荷載引起的裂縫

混凝土橋梁在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫,歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。

(1)直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。裂縫產生的原因有以下幾個方面。

①設計計算階段,結構計算時不計算或部分漏算;計算模型不合理;結構受力假設與實際受力不符;荷載少算或漏算;內力與配筋計算錯誤;結構安全系數不夠。結構設計時不考慮施工的可能性;設計斷面不足;鋼筋設置偏少或布置錯誤;結構剛度不足;構造處理不當;設計圖紙交代不清等。

②施工階段,不加限制地堆放施工機具、材料;不了解預制結構結構受力特點,隨意翻身、起吊、運輸、安裝;不按設計圖紙施工,擅自更改結構施工順序,改變結構受力模式;不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。

③使用階段,超出設計載荷的重型車輛過橋;受車輛、船舶的接觸、撞擊;發生大風、大雪、地震、爆炸等。

(2)次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。在設計外荷載作用下,由于結構物的實際工作狀態同常規計算有出入或計算不考慮,從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。橋梁結構中經常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等,在常規計算中難以用準確的圖式進行模擬計算,一般根據經驗設置受力鋼筋。

4 鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質量較差或保護層厚度不足,混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面,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生銹蝕反應,其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約 2～4倍,從而對周圍混凝土產生膨脹應力,導致保護層混凝土開裂、剝離,沿鋼筋縱向產生裂縫,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,結構承載力下降,并將誘發其它形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導致結構破壞。

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;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。。

5 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,容易產生各種裂縫,特別是細長薄壁結構更容易出現。裂縫出現的部位和走向、裂縫寬度因產生的原因而異,比較典型常見的有混凝土保護層過厚、混凝土振搗不密實不均勻、混凝土澆筑過快、混凝土攪拌運輸時間過長、混凝土初期養護時急劇干燥、加大水灰比、混凝土分層或分段澆筑時接頭部位處理不好、混凝土早期受凍、施工時模板剛度不足、施工時拆模過早、施工前對支架壓實不足或支架剛度不足、安裝順序不正確、施工質量控制差、任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料計量不準,結果造成混凝土強度不足和其他性能(和易性、密實度)下降,導致結構開裂。