混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫原因及預(yù)防措施

【摘 要】為了加強對混凝土橋梁裂縫的認(rèn)識，盡量避免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫，本文淺談了混凝土橋梁裂縫的種類、產(chǎn)生原因及預(yù)防處理措施。

【關(guān)鍵詞】混凝土橋梁;裂縫預(yù)防;處理措施

在橋梁結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用期間內(nèi)，總會有各種綜合因素使得構(gòu)件的裂縫超限、不斷的發(fā)展，并且會與其他病害產(chǎn)生相互影響，最終造成構(gòu)件的使用性能降低而影響全橋的整體工作性能，嚴(yán)重的還會釀成惡性的事故，給人民生命財產(chǎn)造成不可挽回的重大損失。

１．混凝土橋梁裂縫的分類

混凝土橋梁裂縫的分類，按時間分早期裂縫和后期裂縫；按成因分收縮裂縫、溫差裂縫及安定性裂縫；按空間尺度分表面裂縫和深層裂縫；按危害分表面裂縫和貫穿裂縫；按產(chǎn)生原因分物理類裂縫和化學(xué)類裂縫，而物理類裂縫是最常見而且最難預(yù)防和控制的。

1.1荷載裂縫

荷載裂縫是混凝土橋梁在靜、動荷載及次應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫，主要分直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫。在工程實踐中，由荷載引起的裂縫占總混凝土橋梁裂縫的20%左右。

1.2溫度裂縫

當(dāng)外部環(huán)境或內(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)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑混凝土橋梁中，溫度應(yīng)力可以達到甚至超出荷載應(yīng)力。引起混凝土橋梁溫度變化的主要因素有：年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸汽養(yǎng)護或冬季施工措施不當(dāng)?shù)取Ｆ渲腥照蘸腕E然降溫是導(dǎo)致混凝土橋梁溫度裂縫的最常見原因。尤其對大體積混凝土橋梁施工中的溫度監(jiān)控，是控制溫度裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵。

1.3收縮裂縫

在橋梁工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。研究表明，影響混凝土橋梁收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標(biāo)號及用量、骨料品種、水灰比、外摻劑、養(yǎng)護方法、外界環(huán)境、振搗方式及時間等。

1.4地基變形裂縫

由于地基不均勻沉降或水平方向位移，使混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

對于拱橋等產(chǎn)生水平推力的結(jié)構(gòu)物，對地質(zhì)情況掌握不夠、設(shè)計不合理和施工時破壞了原有地質(zhì)條件是產(chǎn)生水平位移裂縫的主要原因。

1.5鋼筋銹蝕裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不足，產(chǎn)生銹蝕，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)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

1.6凍脹裂縫

大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水因結(jié)冰使其體積增大，使混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結(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，混凝土強度降低，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)重，成齡后混凝土強度損失可達30%一50%。冬季施工時對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施，也可能發(fā)生混凝土沿管道方向的凍脹裂縫。

1.7施工裂縫

在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)澆注、構(gòu)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(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生表面的、深進的和貫穿的各種裂縫，特別是細長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。

1.8化學(xué)類裂縫

化學(xué)類裂縫主要包括因水泥安定性及堿骨料等化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，這類裂縫比較容易預(yù)防。配制混凝土采用質(zhì)量合格的水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑等施工材料，在工程實踐中對骨料進行堿活性檢驗，采用對工程無害的材料，同時使用含堿量合格的水泥品種就可以防治。

2.混凝土橋梁裂縫的預(yù)防措施

綜上所述，混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的主要原因是溫度、收縮及抗拉，在施工過程中可以通過以下措施控制混凝土橋梁裂縫的產(chǎn)生。

2.1預(yù)防砼裂縫的質(zhì)量保證措施

(1)選擇合適的水泥和嚴(yán)格控制好水泥用量優(yōu)先采用525R、425R普通水泥等高標(biāo)號水泥，減少水泥用量；選用低熱水泥，減少水化熱，并盡量選用后期強度大的水泥。

(2)嚴(yán)格控制骨料級配和含泥量

選用10~40mm的連續(xù)級配碎石（其中l(wèi)0-30mm的級配含量控制在65%左右），細度模數(shù)為2.8-3.0的中砂，砂率控制在40%~45%，砂、石的含泥量控制在1%以內(nèi)，不得混合有機質(zhì)等雜物，杜絕使用海砂。

(3)選擇適當(dāng)?shù)耐饧觿┖秃线m的配合比

為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，可以根據(jù)設(shè)計要求，在混凝土中摻加一定用量的外加劑，如防水劑、膨脹劑、減水劑、緩凝劑等。選擇好合適的外加劑比單純依靠改善外部條件，可能會更加簡捷、經(jīng)濟。

(4)改進施工技術(shù)，加強技術(shù)管理

施工時加強振搗、抹壓、養(yǎng)護，同時加強初凝前的抹壓，可以消除初期裂縫，并可提高混凝土的抗拉強度；在施工前應(yīng)加強原材料的檢驗、試驗工作，施工中嚴(yán)格按照方案及交底的要求指導(dǎo)施工，明確分工，責(zé)任到人，加強計量監(jiān)測工作，定時檢查并做好詳細記錄，認(rèn)真對待澆注過程中可能出現(xiàn)的冷縫，并采取措施加以杜絕，在實施的過程中，必須嚴(yán)格根據(jù)施工方案落實到位。

2.2預(yù)防砼裂縫的溫度控制措施

為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。控制溫度應(yīng)力的措施有以下幾種：

(1)拌和混凝土?xí)r用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆注溫度。

(2)夏天澆注混凝土?xí)r減少澆注厚度，利用澆注層面散熱。

(3)在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水進行內(nèi)部降溫。

(4)嚴(yán)格控制混凝土的入模溫度。

(5)控制好拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，避免混凝土表面產(chǎn)生急劇的溫度梯度。

2.3加強混凝土的早期養(yǎng)護

混凝土的早期養(yǎng)護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫度、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮，另一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設(shè)計的強度和抗裂能力。適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的，混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。混凝土澆注后的最初幾天是養(yǎng)護的關(guān)鍵時期，對于混凝土的早期養(yǎng)護在施工中應(yīng)切實引起重視。

3.裂縫的修補措施

對混凝土橋梁出現(xiàn)的裂縫，更應(yīng)盡早發(fā)現(xiàn)，盡量提前進行適當(dāng)?shù)男扪a處理。

3.1表面處理法

表面處理法包括表面涂抹、表面貼補法和表面鑿槽嵌補法。

(1)表面涂抹即是在混凝土橋梁裂縫的附近混凝土表面涂抹水泥砂漿或者環(huán)氧膠泥。它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(fā)絲裂縫、不漏水的裂縫、不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。

(2)表面貼補（土工膜、玻璃布或其它防水片）法適用于混凝土橋梁裂縫的大面積漏水（蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫）的防滲堵漏。

(3)表面鑿槽嵌補法是沿混凝土橋梁裂縫鑿一條深槽，槽內(nèi)嵌水泥砂漿或環(huán)氧膠泥、聚氯乙烯膠泥、瀝青油膏等，表面作砂漿保護層。槽內(nèi)混凝土面應(yīng)修理平整并清洗干凈，不平處用水泥砂漿填補，施工時要保持槽內(nèi)干燥。

3.2填充法

填充法是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(yè)簡單，費用低。寬度小于0.3mm、深度較淺的裂縫以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采用開V型槽，然后作填充處理。

3.3灌漿法

灌漿法應(yīng)用范圍廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。灌漿法有水泥灌漿和化學(xué)灌漿。適用于各種情況下的裂縫修補及堵漏、防滲處理。灌漿材料應(yīng)根據(jù)裂縫性質(zhì)、裂縫寬度和干燥情況選用。

3.4結(jié)構(gòu)補強法

因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長時間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低、火災(zāi)造成裂縫等影響結(jié)構(gòu)強度可采取結(jié)構(gòu)補強法、錨固補強法、預(yù)應(yīng)力法等。

3.5混凝土裂縫處理效果的檢查

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。

4.結(jié)語

當(dāng)橋梁發(fā)生開裂現(xiàn)象后，應(yīng)從設(shè)計、施工及其使用狀況等各方面進行細致地調(diào)查測試及詳盡地分析，找出開裂的主要原因，分析裂縫的性質(zhì)及其對結(jié)構(gòu)的危害性，采取合理、有效、經(jīng)濟的修補加固措施，使混凝土橋梁損傷尚在輕微時期就能得到修補，保證其正常地使用。