橋梁混凝土裂縫的主要原因及預防措施研究

劉成銘 王萬峰

摘要：近年來，我國經濟不斷發展，建筑行業成為市場中的龍頭產業，其中，橋梁的總修建量在整個行業中占重要比重。橋梁修建和使用過程中，混凝土橋梁是最為常見的一種橋梁，其用途廣泛，可作為公路橋，鐵路橋，以及公鐵兩用橋。具有廉價、可塑性好、易修補等特點，因此被廣泛推廣使用。然而，近年來工程事故也頻繁出現，其中最為常見的是由于橋梁裂縫而引起的橋梁垮塌事故，不僅嚴重影響橋梁的使用功能，而且已經成為影響混凝土橋梁使用安全的重要因素。其中，造成橋梁裂縫的原因主要有施工材料質量差，荷載分布不均勻，溫度差異較大、地基及基礎易發生變形、鋼筋銹蝕、收縮、凍脹等，為了提高人們對混凝土橋梁裂縫的認識，盡量避免橋梁出現較大的裂縫，造成嚴重的后果。文章對混凝土橋梁產生裂縫的原因和裂縫種類進行了全面分析和研究，對橋梁的施工過程進行嚴格監管，對施工過程進行總結并提出具體的幾種預防措施，并總結出幾種處理裂縫的方法，以方便橋梁工程技術人員控制裂縫產生，保證橋梁結構安全，起到防患于未然的作用。為方便設計和施工人員嚴格控制裂縫，文章從裂縫產生原因及處理措施等方面進行全面的分析和總結，分析結果如下。

關鍵詞：混凝土橋梁；裂縫；原因；措施

1混凝土出現裂縫的原因

混凝土結構在工程建筑中得到廣泛使用，但其裂縫的產生卻是不可避免的，產生裂縫的原因有很多，而且較為復雜，甚至是由于多種因素共同作用，相互影響而導致的，但無論原因有多復雜，每一條裂縫的產生都有幾種共同原因。混凝土橋梁裂縫的種類大致可分為施工材料質量引起的裂縫，收縮引起的裂縫，荷載分布不均引起的裂縫，溫度變化引起的裂縫等。

1.1施工材料質量引起的裂縫

混凝土是由水泥，砂石等材料混合而成的，其中，水泥的品種繁多、其特點和使用性能也有所不同。在施工過程中，水泥對混凝土強度的影響最為嚴重，水泥出廠時強度不足，水泥受潮，將降低混凝土強度，從而導致混凝土開裂。當水泥含堿量超過0.6%時，容易出現堿骨料反應，應嚴禁使用含有堿活性的骨料。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慢，水泥混凝土凝結后仍繼續產生水化作用等因素都會對已經硬化的水泥石造成嚴重的破壞，使混凝土的抗拉強度下降，因此，要嚴格控制水泥的使用量。除此之外，砂石對混凝土強度也造成一定影響，砂石粒徑過小時，就會出現級配效果不良、空隙率較大等現象，使用水量和拌和時所需的水泥用量增加，這不僅嚴重影響混凝土的強度，而且使混凝土收縮加大。砂石中含水泥量較高時，不僅使水泥用量增加，還會使拌和水用量加大，而且還降低混凝土強度以及抗滲性、低溫抗凍性。當砂石中云母的含量較高時，骨料與水泥之間的粘結力將會被削弱，導致混凝土強度降低。砂石中輕物質和有機質物質過多時，將導致水泥的硬化時間增加，嚴重影響混凝土強度，尤其是對其早期強度的影響更為嚴重。如果超出定額中的細砂使用量時，后果更加嚴重，嚴重威脅工程質量。

1.2荷載分布不均勻產生的裂縫

混凝土橋梁在自身凈重和汽車荷載的長期作用下而產生的裂縫，被稱為荷載裂縫，荷載裂縫的形式主要有兩種，一種為直接應力裂縫、另一種為次應力裂縫。直接應力裂縫和次應力裂縫都是由外荷載作用所引起的。但也存在本質區別，直接應力裂縫是直接應力產生的裂縫；次應力裂縫是次生應力產生的裂縫。在設計外荷載作用下，結構物的實際工作狀態和使用常規方法計算出來的工作狀態存在差異，從而引起次應力。導致某些結構物部分開裂。例如：在設計兩鉸拱橋時，通常采用“X”形鋼筋來削減該處斷面尺寸，在進行理論計算時，該處并不存在彎矩，但實際該鉸仍然具有抵抗彎矩的能力，在理論與實際不相符的情況下，導致裂縫出現，使鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕對橋梁的危害極大，為了防止鋼筋銹蝕，設計時應嚴格控制裂縫的寬度、根據規范要求設計保護層厚度，使保護層厚度達到設計要求。保護層厚度不能過厚，否則將減小構件的有效使用高度，受力時將加大裂縫寬度。另外，施工時還應控制混凝土的水灰比，延長振搗時間，分層進行振搗。保證混凝土的嚴密性，嚴禁氧氣進入到混凝土中，使混凝土出現開裂。在沿海地區進行施工時，要防止腐蝕性空氣對混凝土的影響，嚴格控制含氯鹽的外加劑用量。

1.3溫度變化引起的裂縫

環境因素對施工的影響不容忽視，由于溫度變化而引起裂縫的主要因素有：驟然降溫、年溫差、日照、水化熱、蒸汽養護或冬季施工措施不當等。混凝土具有熱脹冷縮的特性，當內部溫度及外界環境發生變化時，混凝土將會出現變形現象，當變形受到制約時，結構內部也會產生相應的應力，當應力達到一定程度，甚至超過混凝土抗拉強度時，混凝土將會出現裂縫，這種裂縫被稱為溫度裂縫。

1.4收縮變形引起的裂縫

在實際施工過程中，因混凝土收縮而引起的裂縫是最常見的混凝土裂縫之一，混凝土體積變形的主要原因有兩個，一類是縮水收縮，另一類是塑性收縮。除此之外，還有炭化收縮和自生收縮。影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標號及用量、水灰比、骨料品種、外摻劑、振搗方式及時間、養護方法、外界環境。例如：火山灰水泥、普通水泥、礬土水泥混凝土的收縮性較低，而快硬水泥、礦渣水泥、低熱水泥混凝土的收縮性較高。水泥標號也對混凝土收縮造成影響，水泥標號越低、磨細度越大，單位體積用量也隨之加大、發生收縮時間越長，且混凝土收縮越大。

2橋梁混凝土裂縫的處理方法

2.1表面修補法

混凝土裂縫的處理方法有很多，其中，最為簡單常見的修補法就是表面修補法。其適用范圍廣泛，主要適用于結構相對穩定和對承載能力沒有影響的表面裂縫。通常的處理方法是在混凝土表面涂刷環氧膠泥、水泥漿，瀝青、油漆等防腐材料。在對裂縫進行防護的同時，還要防止混凝土受各種作用的相互影響而繼續開裂，通常的處理方法是在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等。

2.2灌漿法

灌漿法采用的主要灌漿材料是環氧樹脂，灌漿方法均采用手動式或腳踏式輸液泵注入漿液，但在注入的過程中，卻存在缺點，例如：無法控制注入量，不連通的裂縫難于將漿液注入到內部，注入壓力大有可能使裂縫寬度擴大。因此，我國最近研發出許多新型灌入技術，采用低壓速注的方法進行灌注時，其注入量容易被控制。并且可注入到裂縫底部，使裂縫部位形成一個相互連接的整體，增強其整體性，是一種防止裂縫繼續開裂的有效措施。在橋梁施工過程中，控制裂縫的產生是施工人員的重要工作。只要嚴格控制施工方法、材料質量以及現場施工管理，在養護時采取合理的養護措施進行養護，就能有效地控制裂縫的產生，保證工程質量。

2.3填充法

對較寬裂縫進行修補時，可采取多種方法進行修補，其中最為有效的方法是填充法，它是一種適合修補較寬裂縫的方法，其施工方法簡單，具體做法是將裂縫鑿成一條深槽，然后在槽內填充各種粘結材料，例如：瀝青、膨脹水泥砂漿、環氧砂漿、環氧樹脂硅、水泥砂漿及各種化學粘結劑等。對鋼筋混凝土結構而言，使用該修補方法時應注意鋼筋是否銹蝕。當鋼筋銹蝕時，先對鋼筋進行除銹處理，然后在鋼筋上涂抹防銹涂料后再填充密封材料。當鋼筋未銹蝕時，應將混凝土鑿成 V字型或U字型，在開槽處填充密封材料。填充法作業簡單，費用少，在填充過程中易操作。可在修補裂縫中廣泛應用。

3結語

通過對混凝土橋梁裂縫產生的原因及種類進行全面的分析，本文簡要提出了以上混凝土橋梁產生裂縫的防治措施。一座橋梁從建成到使用的過程是相當復雜的，是由設計、施工、監理、運營管理等各個方面組成的。由上述結果可知，導致橋梁出現裂縫的原因有很多，例如：設計疏漏、施工不合格、監理不到位等因素均可能導致混凝土橋梁出現裂縫。因此，在橋梁設計時，要嚴格按照國家有關規范、施工技術標準進行設計，嚴格對施工過程進行監管，以保證結構物的安全性和耐用性，一般來說，施工過程中混凝土橋梁產生的裂縫是可以避免的，當無法避免時，要采取適當的措施加以控制。將橋梁的損害降到最低。除了正確的施工外，還應加強運營管理，在管理過程中，應加強巡查和管理，及時發現問題和處理問題。科學的管理不僅需要及時的修補，還需要各工程建設方之間的良好溝通和交流，充分客觀地了解實際情況，共同協商，才能確保工程質量。除此之外，預防和防治過程也是相當重要的一個環節，應重視。

參考文獻

[1] 魯百平.橋梁裂縫產生原因淺析[J].赤峰學院學報(自然科學版), 2012(2).

[2] 王善華,汪志飛.橋梁混凝土裂縫的原因分析及預防研究[J].科技信息(科學教研),2012(20).

[3] 劉伯平.橋梁混凝土裂縫的主要原因及預防措施研究[J].科技信息,2014(9).

作者簡介：劉成銘（1978.06- ），男，吉林長春人，工程師，碩士研究生，研究方向，路橋工程管理相關工作。