西北地區(qū)混凝土橋梁開裂原因分析及預防措施

　　混凝土裂縫嚴重影響結構耐久性和工程安全性，已受到業(yè)內普遍關注�；炷�土開裂原因復雜，涉及設計計算、設計的構造配筋、施工工藝、氣候條件、日常養(yǎng)護等各個方面[1-3]，具體包括荷載作用、塑性收縮和沉降、干燥和自干燥收縮、化學反應、碳化收縮、溫度變化、沉陷、凍脹作用、原材料因素、外加劑因素、施工不當等。其中，氣候、環(huán)境特征是影響混凝土開裂的重要外部因素。

　　我國西北地區(qū)，受西伯利亞寒流、多年凍土及現代冰川的影響，氣候干旱少雨，年均氣溫低，日溫差大，紫外線照射強烈，導致混凝土結構面臨干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、鹽堿腐蝕、風蝕等多種自然因素的作用，混凝土結構極易產生裂縫。而我國目前針對環(huán)境因素對混凝土的抗裂性的影響缺少考慮。因此，很有必要對西北地區(qū)混凝土工程開裂原因進行調查分析。只有對混凝土結構裂縫的分布和狀態(tài)進行認真研究和分類，才能有針對性的進行分析和提出防治裂縫的措施。

 

　　1.1 裂縫數量統(tǒng)計分析

　　本研究共調查了西北地區(qū)2002年、2003年施工的29座橋梁的混凝土橋墩和橋臺的裂縫情況，主要內容為裂縫的形狀、方向、寬度、數量、長度及形成原因等。裂縫數量見表1。

　　表1 橋梁墩臺的裂縫情況

　　總的來看，0.1mm以下的裂縫占整個裂縫數量的60%，在橋臺、橋墩處大范圍內出現此種裂縫；0.1～0.2mm的裂縫占整個裂縫數量的30%，在一定部位上出現，如靠近模板接縫處；0.2～0.5mm的裂縫占整個裂縫數量的10%，大多分布在個別部位，如橋臺側面比較常見；0.5mm以上未發(fā)現。

　　1.2 裂縫特征分析

　　裂縫形貌見圖1、圖2。調查的裂縫按形狀特征主要分成如下幾類：

　　（1）表面龜裂：此類裂縫一般寬度小于0.1mm濕度，長度10cm左右，從機理上看，多為塑性收縮裂縫，少量干縮裂縫及碳化收縮裂縫。從調查的橋墩及橋臺看，大多數均出現了表面龜裂，尤以迎風面，日照面較多，大多與未能及時有效覆蓋有關，一般來說，橋臺裂縫多于橋墩，也因橋臺較難包裹引起，屬于塑性收縮裂縫及干縮裂縫。另外，部分用火爐加熱的橋梁龜裂嚴重，可能因碳化收縮引起。

　�。�2）表面微裂縫：此類裂縫寬約0.1～0.2mm左右，長約10～50cm左右，從機理上看，多為干燥收縮裂縫，一般因混凝土在干燥環(huán)境下，保濕養(yǎng)護的時間不夠，收縮過大造成，如調查的橋梁及墩臺中，2002年施工的工程，保濕養(yǎng)護的時間一般為14天，出現此類裂縫的較多，2003年施工的工程，保濕養(yǎng)護的時間一般為兩個月以上，出現此類裂縫的較少，同時間施工的，地處干燥多風環(huán)境中的工程，出現此類裂縫的幾率較大論文提綱怎么寫。

　�。�3）表面裂縫：此類裂縫寬0.2～0.5mm，長50cm以上，從機理上看，大多為溫度裂縫，也有一些干燥收縮裂縫。從調查的結果看，冬季施工的橋梁，此類裂縫較普遍，而夏季施工的，此類裂縫較少。

　　（4）表面大裂縫：此類裂縫寬度在0.5mm，長度大小不等，從機理上看，大多為施工裂縫，少量為沉降裂縫濕度，與混凝土配合比、施工操作有關。

 

　　相比較我國其他普通地區(qū)，西北地區(qū)由于干燥寒冷的氣候環(huán)境，導致混凝土結構開裂原因有以下特點：

　　2.1 溫度變化影響劇烈

　�。�1）在結構成型期，不同的養(yǎng)護期混凝土溫度與環(huán)境溫度溫差大，蒸養(yǎng)時混凝土處于較高的溫度和濕度中，而蒸養(yǎng)結束后，溫度降低迅速，混凝土由表及里產生收縮變形。之后，每日較大的日溫差變化將會導致處于成型期混凝土的熱脹冷縮變形。

　�。�2）在使用階段，白天溫度由外向內逐漸升高，混凝土產生膨脹變形，外部產生的變形比內部大；晚上溫度由外向內逐漸降低，混凝土產生由內向外的收縮變形，這種反復變形日積月累逐漸增加，受到各種約束時產生的疊加應力會導致裂縫的引發(fā)和擴展。

　�。�3）在調查的墩臺中，西南方向的墩臺面開裂較多，主要原因是西南方向的墩臺面在白天受陽光直射，表面溫度更高，導致日夜溫差更大，溫度變化產生裂縫的可能性增加。

　　2.2 干濕變化作用明顯

　　西北地區(qū)年平均溫度低，冬季長，日溫差大，風沙多，干燥，存在干濕變化頻繁的問題，這些因素會使混凝土產生不可恢復的一些變形，當變形受到限制時，會導致混凝土產生裂縫。

　�。�1）混凝土在濕熱蒸氣養(yǎng)護時相對濕度大于90%，養(yǎng)護結束后處于環(huán)境中，相對濕度50%左右，混凝土由表及里干燥過程中產生產生不可恢復的干燥收縮。

　�。�2）在使用階段，隨著白天的溫度升高以及陽光紫外線照射，水不斷蒸發(fā)，相對濕度減小，表層混凝土產生干縮，由表及里干縮逐漸減�。煌砩想S著溫度的降低，水蒸氣冷凝，混凝土表面濕度增加，首先是表層混凝土吸水，一部分收縮可以恢復，但大多數因凝膠體失水引起的收縮難以恢復。

　�。�3）較大風速也將增加水的蒸發(fā)速度導致干縮增大，從而造成迎風面混凝土表面的開裂較多。

　　2.3 自干燥收縮較大

　　混凝土蒸養(yǎng)完后水化仍在繼續(xù)進行濕度，由于高強高性能混凝土較致密，混凝土內部從外部吸收水分較為困難，同時混凝土內部的水分也會因水化的消耗而減少，其內部相對濕度隨水泥水化的進展而降低。這種自干燥將引起收縮，根據有關資料對于水灰比0.3左右的高性能混凝土，這種自干燥收縮占到干縮的一半。

　　2.4 易受氯鹽腐蝕

　　西北地區(qū)基本都屬于冬季下雪的地域。采用除冰鹽除冰化雪的方法導致人為制造了氯鹽環(huán)境。除冰鹽的使用使得混凝土表面粉化掉皮，氯離子沿混凝土裂縫滲透到內部而使得鋼筋銹蝕，最終導致混凝土順筋開裂。

　　2.5 凍融及鹽漬土腐蝕易導致混凝土結構開裂

　　西北地區(qū)鹽漬土分布廣泛，在這樣的環(huán)境中，混凝土主要受到凍融破壞和鹽漬土破壞�；炷�土一方面在冬季施工過程中混凝土中水分受凍結冰時體積膨脹會造成開裂；另一方面凍融循環(huán)會造成混凝土的破壞；加之鹽漬土無疑是嚴酷的腐蝕環(huán)境。在反復作用下，混凝土發(fā)生開裂、剝落破壞。

　　2.6 水泥用量偏大

　　由于西北地區(qū)考慮耐久性技術條件要求，水泥用量都比較大，這樣水泥水化熱較高，水泥的水化熱引起的內外溫差是使混凝土產生龜裂縫的主要原因。另外水泥的異常膨脹，也可以使混凝土在凝結硬化階段產生小裂縫。

 

　　3 西北地區(qū)混凝土開裂預防措施

　　3.1 嚴格控制原材料的質量

　�。�1）考慮到混凝土溫差主要是由水化熱產生的，所以盡量采用早期水化熱低的水泥，盡量避免使用早強水泥。

　　（2）改善粗骨料級配，使其空隙率減至最少；適當減少粗骨料最大粒徑，降低粗細骨料的粒徑梯度[5]。

　�。�3）采用級配良好且含泥量少、細顆粒少的中砂和中粗砂，因其孔隙率小，總表面積小，這樣混凝土的用水量和水泥的用量就可以減少，水化熱降低，裂縫減少。

　　3.2 科學設計混凝土的配合比

　　若要降低混凝土的開裂，必須從優(yōu)化混凝土配合比及外加劑的復配等方面入手。

　　（1）盡量降低水泥用量、用水量、坍落度、砂率�；炷�土坍落度越大，意味著水泥漿越多，對控制溫度裂縫、干縮裂縫均不利。采用“三摻”技術，最好對粉煤灰、礦渣粉、硅灰、化學外加劑進行復配，通過試驗確定化學外加劑和礦物摻合料的品種及摻量。

　�。�2）在混凝土重點關鍵部位可摻加纖維材料，如聚合物纖維、鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維等，纖維在混凝土中起到“拉結”作用，不同程度的抑制裂縫的發(fā)展。此法大面積使用成本高。

　　3.3 加強施工質量控制及管理

　�。�1）如有條件，可以對影響混凝土開裂的主要因素（如：水泥用量、用水量、砂率、坍落度、環(huán)境溫度、濕度、混凝土內外溫度、振搗時間、拆模時間、養(yǎng)護時間等）建立裂縫質量控制圖，以便系統(tǒng)的總結在西北地區(qū)特殊氣候及環(huán)境條件下如何更好的控制混凝土質量論文提綱怎么寫。

　�。�2）在施工各環(huán)節(jié)中，對混凝土裂縫影響較大的是澆注振搗的質量及養(yǎng)護的條件，要避免過度振搗。否則，由于分層離析，表層水泥漿過大，易產生裂縫。盡早開始養(yǎng)護，拆模前要做好保濕、保溫措施。

　�。�3）混凝土內外溫差控制在25℃之內。環(huán)境溫度太低時，用火爐加熱要注意適當通風，避免發(fā)生碳化收縮裂縫。當環(huán)境溫度不低于外加劑規(guī)定使用溫度時濕度，就不必采用蒸汽、火爐等加熱措施，用適當方法包裹避免過大溫差即可。

　�。�4）寒流來臨時，要注意防凍，避免凍脹裂縫。拆模時間根據強度發(fā)展時間確定，不宜過早。拆模時避免震動，減少開裂。養(yǎng)護中斷時要防止迅速干燥或過度干燥，防止風吹及太陽直射。低溫環(huán)境下拆模時應防止混凝土表面溫度迅速降低產生溫差裂縫。

　�。�5）加強施工管理，減少人為失誤，提高技術隊伍的素質，施工過程中嚴格進行質量控制，從原材料質量、外加劑選用、配合比設計和各施工環(huán)節(jié)等進行嚴格控制和管理。

　　3.4 合理的結構設計

　　在設計上，應注意避免結構突變（或斷面突變），當不能回避時，應做局部處理，如轉角處做圓角，突變處做成漸變過渡。同時加強構造配筋，轉角處增配斜向鋼筋，對于較大孔洞有條件時可在周邊設置護邊角鋼。在結構允許的情況下，可考慮適當預留伸縮縫或施工縫。

 

　　西北地區(qū)由于干燥寒冷的氣候環(huán)境，致混凝土結構面臨干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、鹽堿腐蝕、風蝕等多種自然因素的作用，對混凝土結構耐久性帶來了非常不利的影響，特別是巨大的溫濕變化導致混凝土結構開裂很多，造成影響西北地區(qū)混凝土開裂的因素有別于其他普通地區(qū)。因此，必須有針對性的從對外加劑復配來優(yōu)化配合比設計、加強施工質量控制和管理、嚴格控制原材料質量等方面入手做好預防開裂措施。

 

[1]王滄州.大體積混凝土裂縫分析及應對措施[J]. 鐵道工程學報, 2010, 142(7): 73-76

[2]黃蓓,吳淼,錢春香.混凝土裂縫的表面處理方法對防水性能的影響[J]. 混凝土與水泥制品, 2010 (4): 58-61

[3]楊龍,黎迪輝,劉盧.大體積混凝土裂縫產生的原因與預防措施[J]. 施工技術, 2010, 39(6): 502-504

[4]朱耀臺,詹樹林.混凝土裂縫成因與防治措施研究[J]. 材料科學與工程學報, 2003, 21(5): 727-730

[5]田慧生.高寒地區(qū)混凝土構筑物裂縫成因及預防[J]. 混凝土, 2005, 192(10): 66-69