淺談混凝土橋梁裂縫的成因與防治

 淺談混凝土橋梁裂縫的成因與防治

　　摘要:混凝土橋梁在施工和使用過程中，混凝土裂縫經(jīng)常出現(xiàn)�；炷�土裂縫使空氣中的有害氣體或物質(zhì)滲入到梁體內(nèi)部，從而導(dǎo)致鋼筋銹蝕，影響著整座結(jié)構(gòu)的耐久性，甚至危及整個橋梁的安全性。所以搞清楚橋梁裂縫產(chǎn)生的原因，并進(jìn)一步提出了防治措施對提高橋梁的運(yùn)營壽命具有重要的意義。

　　關(guān)鍵詞:混凝土橋梁,裂縫,成因,防治　

　　混凝土橋梁在施工和使用過程中，混凝土裂縫經(jīng)常出現(xiàn)�；炷�土裂縫使空氣中的有害氣體或物質(zhì)滲入到梁體內(nèi)部，從而導(dǎo)致鋼筋銹蝕，影響著整座結(jié)構(gòu)的耐久性，甚至危及整個橋梁的安全性。所以搞清楚橋梁裂縫產(chǎn)生的原因，并進(jìn)一步提出了防治措施對提高橋梁的運(yùn)營壽命具有重要的意義。本文對混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的主要原因進(jìn)行分析，并提出一些裂縫的防治措施。

　　一、常見的混凝土橋梁裂縫的成因

　　1、設(shè)計不當(dāng)形成裂縫

　　此類裂縫是我們在工程實例中發(fā)現(xiàn)最多的裂縫形式，許多橋梁設(shè)計人員往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性��；有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強(qiáng)度等級過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過薄。這些都削弱了結(jié)構(gòu)安全性，會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用。不少橋梁，雖然滿足了橋梁設(shè)計規(guī)范的強(qiáng)度要求，僅用了5～10年就因為出了問題影響結(jié)構(gòu)安全。例如我們發(fā)現(xiàn)在混凝土橋梁豎向有截面突變的地方（箱梁、T梁的腹板與頂?shù)装褰唤犹帲┖苋菀桩a(chǎn)生裂縫，研究分析結(jié)果顯示：混凝土在澆筑后發(fā)生水化反應(yīng)、泌水和大量水分蒸發(fā)，混凝土因失水而收縮，而骨料因重力影響向下沉降，但此時混凝土的強(qiáng)度和硬度都不高，骨料下沉?xí)r受到鋼筋的阻擋，便產(chǎn)生了沿鋼筋方向的裂縫。

　　2、材料選擇不當(dāng)形成裂縫

　　混凝土主要是由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：水泥安定性不合格、強(qiáng)度不足、水泥受潮或過期，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足，從而引起混凝土開裂；砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大，將導(dǎo)致水泥和用水量加大，影響混凝土的強(qiáng)度，使混凝土收縮加大；拌合水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。

　　3、施工工藝質(zhì)量導(dǎo)致的裂縫

　　在橋梁建設(shè)中，有相當(dāng)一部分的鋼筋混凝土橋梁的裂縫是由于施工方面的原因造成的，在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、運(yùn)輸、安裝過程中，施工工藝不合理、施工質(zhì)量較低，容易產(chǎn)生各種形式的裂縫。在現(xiàn)場澆搗混凝土?xí)r，振搗或插入不當(dāng)，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均會影響混凝土的密實性和均勻性，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生；混凝土澆筑過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實不足，硬化后沉實過大，容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫，即塑性收縮裂縫；此外，模板剛度不足，接縫處理不當(dāng)，保護(hù)層厚度不夠或鋼筋被擾動，模板漏漿，支撐下沉，拆模過早，初期受凍，初期養(yǎng)護(hù)不夠，硬化前受振動或加荷，養(yǎng)護(hù)混凝土?xí)r內(nèi)外溫差過大等，都是施工過程中容易導(dǎo)致裂縫的原因。

　　4、溫度變化引起的裂縫

　　目前溫度裂縫產(chǎn)生主要原因是由溫差造成的�；炷�土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生彎化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出活載應(yīng)力，溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏，引起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(hù)或冬季施工措施不當(dāng)?shù)�。如由于年溫差對橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導(dǎo)致橋梁的縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時才會引起溫度裂縫；而日照和居然降溫則是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見原因，主梁或橋墩面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身的約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。此外，在施工過程中大體積混凝土澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)部溫差太大，也容易致使表面出現(xiàn)裂縫。

　　5、荷載引起的裂縫

　　荷載引起的裂縫是混凝土橋梁在常規(guī)動、靜荷載及次應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風(fēng)荷載都是動荷載，會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，不但會引起結(jié)構(gòu)的振動，還會引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的，實際上存在許多微小的缺陷，在循環(huán)荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發(fā)展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制，極有可能會引起材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果往往是災(zāi)難性的。

　　二、混凝土橋梁裂縫的防治措施

　　1、設(shè)計控制

　　設(shè)計時，應(yīng)該采取合理的計算模型、限制施工機(jī)具的堆放、限制超過設(shè)計荷載的重型車輛過橋等方法避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生荷載裂縫。同時，在設(shè)計階段要盡量避免截面突變的存在，不能避免時要做特殊的處理，可將突變截面做成漸變截面，同時適量的增加鋼筋數(shù)量，以保證不出現(xiàn)裂縫。

　　2、嚴(yán)格控制材料的選擇

　　施工工藝的保證混凝土構(gòu)件質(zhì)量的關(guān)鍵。除施工的施工操作應(yīng)嚴(yán)格按照施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，對原材料（鋼筋、水泥、砂、碎石、水等）都應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的抽樣檢驗，要求選擇合適的混凝土強(qiáng)度等級及水泥品種、等級，盡量避免采用早強(qiáng)高的水泥，在條件允許的情況下，盡可能采用普通水泥、火山灰水泥等收縮性較低的水泥，砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大，將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大，影響混凝土的強(qiáng)度，使混凝土收縮加大，砂石中含泥量高，不僅將造成水泥和拌和水用量加大，而且還降低混凝土強(qiáng)度和抗凍性、抗?jié)B性。要正確掌握好混凝土補(bǔ)償收縮技術(shù)的運(yùn)用方法，對膨脹劑應(yīng)充分考慮到不同品種、不同摻量所起到不同膨脹效果。應(yīng)通過大量的試驗確定膨脹劑的最佳摻量。此外，配合比設(shè)計人員應(yīng)深入現(xiàn)場，監(jiān)督施工現(xiàn)場的澆搗工藝、操作水平、構(gòu)建截面等情況，合理選擇好混凝土的設(shè)計坍落度，對混凝土配合比應(yīng)進(jìn)行對比試驗，在高溫下或雨后施工對砂、碎石應(yīng)進(jìn)行含水量實驗，針對現(xiàn)場的砂、石原材料質(zhì)量情況及時調(diào)整施工配合比，協(xié)助現(xiàn)場搞好構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)工作確保混凝土的施工質(zhì)量。

　　3、加強(qiáng)施工質(zhì)量的控制

　　對施工質(zhì)量的控制主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，澆搗時，振搗捧要快插慢拔，根據(jù)不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間，避免過振或漏振，時間過短，振搗不密實，形成混凝土強(qiáng)度不足或不均勻；時間太長，造成分層，粗骨料沉人底層，細(xì)骨料留在上層，強(qiáng)度不均勻，上層易產(chǎn)生裂縫。應(yīng)提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。第二，混凝土的早期養(yǎng)護(hù)工作尤為重要，以保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮�；炷�土灌注完，要立即罩上養(yǎng)護(hù)罩布，靜養(yǎng)4h后通氣進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期間主要是控制好構(gòu)件的濕潤養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間為14d～28d，

　　4、溫度的控制

　　對于這一類原因引起的裂縫，主要有以下控制措施：首先，改善骨科級配，采用于硬性混凝土，盡量選用低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等，加添加劑等措施以減少混凝土跌水泥用量，降低水化熱。其次，在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌合物的流動性、保水性，降低水化熱，推遲熱峰的出現(xiàn)時間；高溫季節(jié)澆筑時可以采用搭設(shè)遮陽板等輔助措施控制混凝土的溫升，降低澆筑混凝土的溫度。再次，規(guī)定合理的拆模時問，氣溫驟降時進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化，施工中長期暴露的混凝土澆筑體表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采用保溫等措施。最后，加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。在寒冷季節(jié)，混凝土表面應(yīng)設(shè)置保溫措施，以防止寒潮襲擊。

　　三、結(jié)束語

　　在工程實踐中，混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫很常見，對易出現(xiàn)裂縫的部位，通過施工過程的嚴(yán)格控制，盡可能地避免開裂或減少裂縫的數(shù)量，減少裂縫的長度和寬度，通過對裂縫的妥善處理，使裂縫不至于對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害，保證結(jié)構(gòu)的正常使用�！�

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