農(nóng)村公路鋼筋混凝土板橋行車道板裂縫分析

　　關(guān)鍵詞: 行車道板裂縫 分析 檢查 預(yù)防措施

　　混凝土因其取材廣泛、價(jià)格低廉、抗壓性能高、可施工性好、耐火性好、抗風(fēng)化等優(yōu)點(diǎn)，成為建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的材料，但混凝土最大缺點(diǎn)是抗拉性能差、容易開裂。大量的工程實(shí)踐和理論分析表明，幾乎所有的混凝土構(gòu)件均帶裂縫工作，只不過有些裂縫很細(xì)，甚至用肉眼看不見（裂縫寬度小于0.05mm），對(duì)結(jié)構(gòu)的使用無(wú)太大的危害，可允許存在；但是有些裂縫在使用荷載下或外界環(huán)境作用下不斷產(chǎn)生和擴(kuò)展，引起混凝土開裂脫落、鋼筋銹蝕。使構(gòu)件的整體強(qiáng)度和剛度受到削弱而影響正常使用，耐久性能降低，此類裂縫就是我們分析和日常檢查的重點(diǎn)。

　　混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因，就其產(chǎn)生的原因大致分為以下幾種：

　　1.荷載裂縫

　　混凝土橋梁在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫成為荷載裂縫。這類裂縫產(chǎn)生的原因有①設(shè)計(jì)階段：結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)有漏算或計(jì)算模式不合理，以及忽略了在設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通運(yùn)輸車輛的更新而增加的行車荷載。②施工階段：不加限制地堆放施工機(jī)具、材料，預(yù)制構(gòu)件底模強(qiáng)度不足引起不均勻沉降；吊裝繩索之間夾角過大造成附加破壞；運(yùn)輸預(yù)制構(gòu)件支承點(diǎn)不適當(dāng)?shù)�。③使用階段：超出設(shè)計(jì)荷載的重型車輛以及受一些自然災(zāi)害和人為損壞。

　　荷載裂縫的特征依據(jù)荷載不同而顯現(xiàn)不同的特點(diǎn)，這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)和振動(dòng)嚴(yán)重的部位，但應(yīng)注意如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮或受壓方向的短裂縫，往往是結(jié)構(gòu)達(dá)到了承載極限的標(biāo)志，是結(jié)構(gòu)破壞的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同的受力方向，裂縫產(chǎn)生的特征如下：

　　〈1〉中心受拉：裂縫垂直于受力方向且貫穿于構(gòu)件的底表面，裂縫間距大體相等。

　　〈2〉中心受壓：沿構(gòu)件出現(xiàn)平行于受力方向的短而密的平行裂縫。

　　〈3〉受彎：彎矩最大截面附近從受拉區(qū)邊沿開始出現(xiàn)與受拉方向相垂直的裂縫，并逐漸向中性軸方向發(fā)展。當(dāng)結(jié)構(gòu)配筋較少時(shí)，裂縫少而寬，構(gòu)件容易發(fā)生脆性破壞。

　　〈4〉受剪：沿梁端腹部出現(xiàn)大于45o方向的斜裂縫，或梁端中下部出現(xiàn)約45o方向相平行的斜裂縫。

　　〈5〉受扭構(gòu)件一側(cè)腹部先出現(xiàn)多條約45o方向斜裂縫，并相鄰面以螺旋形式展開。

　　〈6〉局部受壓：在局部受壓區(qū)出現(xiàn)與壓力方向大致平行的多條短裂縫。

　　2.溫度變化引起裂縫

　　混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則將在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫區(qū)別于其它裂縫的最主要的特征是：它將隨溫度的變化而擴(kuò)張或合擾。產(chǎn)生這種裂縫的主要的原因有： （1）年溫差

　　一年四季溫度不斷變化，但變化相對(duì)緩慢，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導(dǎo)致橋梁縱向位移，一般可通過橋梁伸縮縫、支座位移或其它的構(gòu)造措施予以消除，只有結(jié)構(gòu)的位移受到約束時(shí)才會(huì)引起溫度裂縫。

　�。�2）日照

　　橋面板或橋墩側(cè)面受到太陽(yáng)暴曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線性分布。由于自身的約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。此類原因和驟然降溫是引起溫度裂縫的主要原因。

　�。�3）驟然降溫

　　突降大雨或冷空氣的突然侵襲可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外部表溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對(duì)較緩，而產(chǎn)生溫度梯度，引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

　�。�4）施工過程引起的裂縫

　　在施工過程中，由于外界氣溫較高，所以施工時(shí)會(huì)增加混凝土的坍落度，從而混凝土中離析水含量會(huì)過多，因此混凝土在澆注過程中就會(huì)發(fā)生離析現(xiàn)象，當(dāng)振搗成型后，構(gòu)件某一部位的粗骨料就比較多，而在某一部位的粗骨料就比較少，由于混凝土在發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)時(shí)，粗骨料較少的部位由于漿級(jí)比較大，因此水化熱就比較大，再加上外界的氣溫比較高，混凝土在收縮硬化時(shí)而產(chǎn)生了裂縫。

　　3.收縮引起的裂縫

　　在實(shí)際工程中，混凝土因收縮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是混凝土體積變化的主要原因。

　　塑性收縮發(fā)生在施工過程中，混凝土澆筑4-5小時(shí)左右，此時(shí)水泥水化反應(yīng)劇烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分積聚蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時(shí)骨料因自重下沉，而此時(shí)混凝土尚未完全硬化，這時(shí)發(fā)生的體積變形稱為塑性變形。

　　縮水收縮是混凝土結(jié)硬后，隨著表面水分逐步降低，混凝土體積減小，這稱為縮水收縮。

　　4.地基基礎(chǔ)變形引起的裂縫

　　由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的開裂。

　　5.鋼筋銹蝕引起的裂縫

　　由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層不足，當(dāng)空氣溫度過大時(shí)，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化致鋼筋表面時(shí)，使鋼筋周圍混凝土堿度降低或由于氧化物介入，鋼筋周圍的氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入混凝土中的氧氣和水分發(fā)生電化腐蝕反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的化合物體積增大2-4倍，對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層的開裂、剝離，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)承載力下降并誘發(fā)其它形式的裂縫，從而形成惡性循環(huán)，加劇了鋼筋的銹蝕，導(dǎo)致構(gòu)造物的破壞。

　　鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋在農(nóng)村公路橋梁中應(yīng)用較廣，但橋梁裂縫現(xiàn)象，仍有不同程度地存在，

　　現(xiàn)將橋梁裂縫情況歸納如下：

　　1.彎拉裂縫

　　主要是梁（板）受荷載作用產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力超出混凝土極限抗拉強(qiáng)度引起的彎曲裂縫。這類裂縫一般在梁（板）跨中L/4-3L/4附近產(chǎn)生，在梁（板）側(cè)面，往往在受拉區(qū)邊緣，沿大致與主鋼筋垂直的方向豎直延伸，一般在兩條延伸較長(zhǎng)的裂縫間有數(shù)根延伸較短的裂縫。其裂縫寬度一般在0.03-0.2mm范圍內(nèi)，裂縫間距最小一般為0.05-0.2m

　　一般認(rèn)為，只要這類裂縫在梁（板）側(cè)面的延伸長(zhǎng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)計(jì)算的截面中性軸位置，這類裂縫寬度在車輛荷載作用下變化不大，因此比較穩(wěn)定，所以在一般情況下，只要最大裂縫寬度不超過設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定限制時(shí)，即認(rèn)為此種裂縫無(wú)大防礙。

　　2.梁腹板斜裂縫（主拉應(yīng)力裂縫）

　　這類裂縫產(chǎn)生原因是在車輛荷載作用下，在靠近支點(diǎn)部位，剪力大而彎矩小，由于產(chǎn)生的主拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度，在梁腹板中出現(xiàn)腹剪裂縫。這類裂縫常見于跨度大于10m的鋼筋混凝土T型梁中。一般在支點(diǎn)附近至1/4跨度范圍內(nèi)發(fā)生，在梁的腹板側(cè)面上，裂縫延伸方向與梁縱向成45o-60o夾角，裂縫寬度一般在0.1-0.3m范圍內(nèi)。斜裂縫通常有數(shù)條，并大致平行，裂縫間距約為0.5-1.0m。 這類裂縫在較大荷載作用下，寬度會(huì)有所增大，但只要在斜裂縫的限定寬度之內(nèi)，裂縫上下延伸長(zhǎng)度不會(huì)有較大變化。

　　3.梁腹板1/2梁高處的表面裂縫

　　這類裂縫是梁體混凝土不均勻收縮和車輛荷載作用的裂縫，以混凝土不均勻收縮為主。這類裂縫多見于鋼筋混凝土型梁腹板側(cè)面上，裂縫位于腹板1/2梁高處，裂縫下端往往達(dá)不到梁的受拉區(qū)邊緣，裂縫在腹板半梁高附近寬度較大，一般為0.2-0.6mm左右，裂縫間距無(wú)一定規(guī)律。

　　4.梁（板）在主筋部位的水平縱向裂縫

　　此類裂縫引起原因是施工不良，保護(hù)層薄及鋼筋銹蝕脹裂混凝土等。這類裂縫往往在主筋位置附近并順著主筋延伸的方向，其長(zhǎng)度有長(zhǎng)有短，此類裂縫對(duì)鋼筋混凝土梁（板）的危害較大，它破壞了鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用，可使鋼筋應(yīng)力驟增，以致突然破壞。

　　5.梁腹板側(cè)面上網(wǎng)狀裂縫

　　這類裂縫由于梁體混凝土內(nèi)外收縮不均勻引起的，是非荷載作用產(chǎn)生的裂縫。此類裂縫寬度一般很�。�0.01-0.05mm）分布與梁腹板表面上似一片片短網(wǎng)，沒有一定規(guī)律。

　　6.梁體在鋼板支座處的裂縫

　　這類裂縫一般由于橋墩不均勻沉降或歪斜、以及混凝土局部承壓能力不夠，支座側(cè)斜或行車道板滑動(dòng)不能自如造成。裂縫由支座上墊板與混凝土交界處發(fā)生并斜向上發(fā)展，往往只有一條，最大寬度可達(dá)2mm，當(dāng)行車道板滑動(dòng)受到限制時(shí)將導(dǎo)致構(gòu)件斷角。

　　1.在設(shè)計(jì)階段，給行車道板增加一個(gè)儲(chǔ)備強(qiáng)度

　　在設(shè)計(jì)過程中，所采用的荷截標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)適宜橋梁構(gòu)造物使用年限期間運(yùn)輸車輛的發(fā)展需要，并充分考慮車輛嚴(yán)重超載的現(xiàn)實(shí)情況，給設(shè)計(jì)荷載增加一個(gè)增長(zhǎng)系數(shù)。其次，在荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值并不一定能充分反映行車道板在實(shí)際使用過程中所承受的最大荷載，因?yàn)樽匀滑F(xiàn)實(shí)具有不可預(yù)見性，即使對(duì)各種荷載引入了荷載安全系數(shù)，而當(dāng)可變荷載和偶然荷載作用時(shí)，結(jié)構(gòu)物的破壞是短暫而嚴(yán)重的，因此，應(yīng)當(dāng)為混凝土行車道板的抗力附加一個(gè)儲(chǔ)備應(yīng)力。從而確保行車道板的抗力滿足，由于運(yùn)輸車輛噸位增加引起的行車荷載的增長(zhǎng)。如果在設(shè)計(jì)時(shí)給行車道板一個(gè)儲(chǔ)備強(qiáng)度，那么，橋梁的行車道板的裂縫將會(huì)減少。

　　2.協(xié)調(diào)混凝土與抗拉鋼筋的應(yīng)變值

　　在鋼筋混凝土構(gòu)件中，由于混凝土的極限拉應(yīng)變很小，其應(yīng)變值在0.10-0.15mm/米范圍內(nèi)，當(dāng)應(yīng)力增加，應(yīng)變超過0.15mm時(shí)，混凝土就出現(xiàn)裂縫，而鋼筋作為塑性材料，應(yīng)變值比較大，因此在混凝土行車道板構(gòu)件中，當(dāng)混凝土到達(dá)極限應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，而鋼筋只處于彈性變形階段，由于鋼筋彈性模量相對(duì)小于混凝土的彈性模量，因此，鋼筋的應(yīng)變值大于混凝土的應(yīng)變值，由此，在相同的外力作用下混凝土首先產(chǎn)生裂縫。

　　3.減小行車道板的自重，采用輕型薄壁結(jié)構(gòu)

　　充分利用混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能，架設(shè)輕型大跨徑的橋梁是橋梁建設(shè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，通過采用輕型薄壁結(jié)構(gòu)，不但減少行車道板的自重，節(jié)省建筑原材料和吊裝設(shè)備，而且改善了行車道板的性能，減少構(gòu)件的裂縫。在不改變行車道板承載力的前提下，采用輕型薄壁結(jié)構(gòu)可以大大降低結(jié)構(gòu)的自重，減少裂縫的發(fā)生。

　　4.在混凝土中加入鋼制纖維，提高混凝土的強(qiáng)度

　　鋼制纖維主要用碳鋼加工制成的纖維，其幾何特征通常用長(zhǎng)徑比表示，一般纖維的直徑為0.25-0.75mm，長(zhǎng)度約為20-60mm，長(zhǎng)細(xì)比為40-100，鋼纖維的摻加量常以體積率表示，通常加量為0.5%-2%。鋼制纖維與混凝土拌和制成的復(fù)合材料，可以增強(qiáng)混凝土行車道板的抗彎拉強(qiáng)度和抗裂強(qiáng)度，當(dāng)混凝土強(qiáng)度增加時(shí)，鋼制纖維體積率和長(zhǎng)細(xì)比也逐漸增加。通過加入鋼制纖維可以增強(qiáng)混凝土和鋼筋的粘結(jié)力，其抗拉強(qiáng)度與普通混凝土比較，其抗拉強(qiáng)度提高1.2-2倍，伸長(zhǎng)率提高2倍，從而極大改善混凝土與鋼筋應(yīng)變的差距，因此大大降低混凝土行車道板的裂縫。

　　5.改善新拌和混凝土的工作性能

　　在施工階段，由于受自然條件-溫度和風(fēng)速的影響，新拌和混凝土的水分蒸發(fā)引起混凝土坍落度的降低，為滿足混凝土施工性能需要而增加坍落度，將會(huì)引起游離態(tài)的水分過多，引起混凝土離析，在澆筑成型混凝土的強(qiáng)度硬化過程中，在構(gòu)件中就會(huì)出現(xiàn)某些部位粗骨料過多和水泥漿細(xì)集料過多，從而造成由于水化熱過大而引起應(yīng)力集中造成收縮產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象。而在粗骨料過多的部位產(chǎn)生粒子干涉引起混凝土構(gòu)件孔隙率較大降低混凝土與鋼筋的嚙合力。因此，改善新拌和混凝土性能也是減少行車道板裂縫的有效措施。首先，嚴(yán)把混凝土材料的質(zhì)量，合理的碎石級(jí)配，增加混凝土的密實(shí)度，嚴(yán)格控制集漿比、水灰比、沙率等種種措施。其次在混凝土中加入緩凝劑，通過延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間，使混凝土工作性能保持一定的時(shí)間，延長(zhǎng)放熱時(shí)間，從而調(diào)整混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度，消除由于混凝土硬化過程中由于收縮和徐變引起的應(yīng)力集中，確保減少混凝土行車道板的裂縫。

　　在混凝土構(gòu)件中，雖然裂縫小于0.05mm不影響其使用性能和構(gòu)件剛度，然而由于大于0.1mm的裂縫的出現(xiàn)，受空氣濕度和降雨等自然條件的影響，引起混凝土構(gòu)件抗拉主鋼筋發(fā)生了銹蝕，由于鋼筋銹蝕產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致構(gòu)件的破壞，同時(shí)減小了的主抗拉鋼筋的橫截面面積，從而降低構(gòu)件的剛度，影響了行車道板的使用壽命。目前裂縫的處理方法一般多采用環(huán)氧樹脂材料。近年來(lái)，已開始采用炭纖維方法對(duì)橋梁裂縫進(jìn)行處理。以環(huán)氧樹脂處理梁板裂縫為例，材料有環(huán)氧樹脂、水泥、砂。通過抗壓試件抗壓強(qiáng)度的數(shù)據(jù)表明，其抗壓強(qiáng)度滿足行車道板的使用性能。

　　施工方法，用鋼刷對(duì)行車道板裂縫左右10厘米的區(qū)域進(jìn)行刷麻，處理完畢后用特制的鋼纖將裂縫內(nèi)的塵灰鑿除，然后用毛刷清掃裂縫刷麻部分，涂刷丙酮以粘結(jié)混凝土與環(huán)氧樹脂膠泥。將人工拌制的環(huán)氧樹脂膠泥攪拌均勻后用扁鏟進(jìn)行填充，填充完30-60分鐘后，其強(qiáng)度就已達(dá)到設(shè)計(jì)值。通過此方法處理，有效地防止由于裂縫引發(fā)行車道板主拉鋼筋的銹蝕的發(fā)生，確保了行車道板的使用性能。

　　通過對(duì)橋梁行車道板裂縫成因的分析和裂縫發(fā)展趨勢(shì)的判斷，以及對(duì)其檢查與觀測(cè)來(lái)確定橋梁的使用質(zhì)量，對(duì)橋梁行車道板使用期間進(jìn)行有效的監(jiān)控，從而準(zhǔn)確而有效地判斷行車道板是否適應(yīng)現(xiàn)有交通運(yùn)輸狀況。通過橋梁行車道板的設(shè)計(jì)階段，施工階段予以改善和采取有效的措施，減少行車道板的裂縫，提高橋梁的使用壽命，充分發(fā)揮農(nóng)村公路的投資效益，確保為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供快速、便捷的交通運(yùn)輸通道，為全社會(huì)提供更好的交通環(huán)境。