鋼筋混凝土橋梁裂縫成因分析和防治方法

王銀鎖

1 概述

混凝土因取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、可澆筑成各種形狀，并且具有耐火性好、不易老化、養護費用低等特點，而成為當今世界橋梁中使用最為廣泛的材料。同時，混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及外加材料混合而硬化后形成的非均質脆性材料，在硬化成型后存在著微孔隙和微裂縫，結構物通常是帶縫工作。為了避免橋梁工程中出現危害較大的裂縫，有必要對混凝土橋梁裂縫的成因提高認識，進而加強防治。

2 裂縫的種類和成因

2.1 塑性收縮裂縫

塑性裂縫多在新澆筑的混凝土構件暴露于空氣中的上表面出現，塑性收縮是指混凝土在凝結之前，表面因失水較快而產生的收縮。塑性裂縫產生的主要原因為:混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，或者混凝土剛剛終凝而強度很小時，受高溫或較大風力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細管中產生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間、環境溫度、風速、相對濕度等。

2.2 沉降收縮裂縫

沉降裂縫的產生是由于結構地基土質不勻、松軟或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致，或者因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產生不均勻沉降，致使混凝土結構產生裂縫。

2.3 溫度裂縫

溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。混凝土澆筑后，在硬化過程中，水泥水化產生大量的水化熱，當水泥用量在350 kg/m3～550 kg/m3，每立方米混凝土將釋放出17 500 kJ～27 500 kJ的熱量，從而使混凝土內部溫度升達70℃左右甚至更高。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發，導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內外的較大溫差，較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。

2.4 荷載引起裂縫

荷載裂縫是指混凝土橋梁在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫，主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。其中直接應力裂縫產生是由設計、施工、使用的原因引起的。設計原因為設計計算結構受力與實際受力不符，結構安全性系數不高。如梁板結構的彎曲裂縫和剪切裂縫，正彎矩裂縫一般位于跨中，從底邊開始向上發展，懸臂結構負彎矩區裂縫通常在支座附近，由上向下發展，剪切裂縫通常發生在受彎結構和壓彎結構的支座附近，由下開始，沿著與軸線成45°左右開裂;施工原因為施工時不按施工設計圖要求的加載順序進行，改變結構受力模式;使用原因主要有超載車輛或撞擊。次應力裂縫產生原因有結構物實際工作狀態同常規計算有出入或者應力集中導致混凝土出現開裂。

2.5 施工材料質量引起的裂縫

混凝土是由水泥、砂石骨料、外加劑和水拌合凝結反應形成，所用原材料質量不合格可導致結構物出現裂縫。

2.5.1 水泥

水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標，氧化鈣在凝結過程中水化反應很慢，在水泥混凝土初凝后仍然繼續水化，這樣導致已經硬化的水泥混凝土開裂。水泥強度不足可直接造成混凝土強度不足，從而出現裂縫。

2.5.2 砂石骨料

砂石粒徑太小、級配不連續，將導致拌合后的混凝土收縮增大，砂石中云母含量較高會削弱水泥與骨料的粘結力，降低混凝土強度，這都會引起混凝土出現裂縫。

2.5.3 外加劑和水

外加劑和水中含氯化物對鋼筋有銹蝕作用，從而影響混凝土與鋼筋的握裹力，導致鋼筋結構物出現裂縫。

2.6 施工工藝質量引起的裂縫

在混凝土結構物澆筑、脫模、運輸、堆放、拼裝過程中，如工藝不合理，可產生裂縫，主要有:1)混凝土保護層過厚，導致鋼筋骨架有效高度減小，易形成裂縫。特別是在普通鋼筋混凝土箱梁底板處表現更為明顯。2)混凝土初期養護不善，導致混凝土表面失水過快出現收縮裂縫。3)混凝土振搗不密實，出現蜂窩、空洞現象，導致裂縫;施工環節銜接不暢，澆筑中形成薄弱接縫導致出現裂縫。4)施工管理不善，隨意改變水灰比，導致混凝土凝結時收縮增加，出現裂縫。

3 裂縫的預防與修補

3.1 裂縫的預防

通過對裂縫的成因分析，產生裂縫的原因是多方面的，主要歸納為設計、施工和管理方面的疏忽造成的。因此要從源頭加強管理，重視設計，尤其是超過20m跨徑的現澆混凝土箱梁盡量采用預應力結構，并且適當提高截面高度;超寬幅橋梁用墩帽宜采用預應力結構，以保證懸臂端不出現負彎矩裂縫。加強工程施工管理，從原材料、施工工藝、混凝土養護等各個方面入手，層層把關，規范施工，是完全可以避免危害結構裂縫的產生。

3.2 裂縫的修補

3.2.1 表面處理法

表面處理法包括表面涂刷法、表面鋪設法和表面抹灰法。表面涂刷法是在混凝土表面沿著裂縫涂刷薄膜型表面涂料，阻塞細小裂縫，減少滲漏，防止鋼筋銹蝕。涂刷材料有水泥漿、油漆、瀝青、環氧樹脂等。表面鋪設法是沿裂縫鋪設環氧樹脂玻璃布或橡膠瀝青棉紙等，起到粘貼封閉裂縫的作用。表面抹灰法可用1∶2～1∶2.5的水泥砂漿抹平，在抹砂漿之前，必須用鋼絲刷和加壓水洗刷基層，結合面保持濕潤，抹灰初凝后要加強養護工作，保證砂漿與結構粘結牢固。

3.2.2 填充密封法

該方法是將裂縫表面鑿成凹槽，然后填以填充材料進行修補。包括剛性材料填充法、彈性材料填充法。剛性材料填充法通常采用普通水泥砂漿、膨脹砂漿或樹脂砂漿等材料填充，首先將裂縫手工剔鑿或用機械開槽，再填充。彈性材料填充法一般用丙烯酸樹脂、硅酸酯、聚硫化物、合成橡膠等材料填充。

3.2.3 壓力灌漿法

壓力灌漿法不僅能修補混凝土表面，而且能注入到混凝土內部，對裂縫進行粘合、封閉和補強。為了提高灌漿的飽滿度，灌漿時一般都施加一定的壓力。灌漿材料有水泥灌漿、化學物灌漿、瀝青灌漿。常用水泥灌漿一般采用42.5R級普通水泥，配備成合適的稠度(水灰比宜取0.3～0.6)，將灌漿壓力控制在0.4mPa～0.6mPa。化學物灌漿一般采用環氧灌漿，環氧樹脂與混凝土、金屬有很高的粘結力，并具有穩定性好、收縮性小、抗滲、耐磨高的優點，目前廣泛應用于水利、交通運輸、石油化工等工程中。施工時可采用單孔和多孔同時灌漿，按照由下向上的順序進行。在壓力達到設計時，再保持壓力穩定，直至灌漿滿足要求。

3.2.4 粘貼鋼板施工法

采用環氧樹脂將鋼板粘貼在需要修補的裂縫位置上，從而使鋼板與混凝土表面牢固結合形成整體，共同抵御荷載。

4 結語

混凝土橋梁裂縫的產生因素較多，必須嚴格按照相關規范和標準進行設計、施工，以避免出現危害結構的裂縫。同時，在使用中加強對橋梁的管理和養護，做到定期檢測，尤其是對橋梁裂縫的發展要組織實測、分析，必要時及時修補和補強，確保橋梁正常安全運營。

[1]卓尚木.鋼筋混凝土結構事故分析與加固[M］.北京:中國建筑工業出版社，1997.

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