論混凝土橋梁裂縫的成因與防治

摘要：混凝土橋梁開裂是工程中比較常見的病害，首先，分析混凝土橋梁裂縫形成的原因，其次，提出預(yù)防橋梁混凝土裂縫的措施，最后，介紹幾種常用混凝土裂縫治理方法，可供工程施工管理人員參考。

關(guān)鍵詞：橋梁 混凝土 混凝土裂縫
　　
　　隨著社會的不斷進步，國家加大了對橋梁的投資，混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也越來越多，但是，相應(yīng)暴露出來的質(zhì)量問題也越來越多，其中，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的裂縫問題，尤為突出，是一個迫切需要解決的技術(shù)難題。雖然理論上，結(jié)構(gòu)裂縫是不可避免的現(xiàn)象，但通過施土中的技術(shù)管理措施，減少和控制裂縫是完全可能的。筆者根據(jù)多年的橋梁施工管理經(jīng)驗，談?wù)動嘘P(guān)橋梁混凝土裂縫出現(xiàn)的原因、預(yù)防措施和處理方法，可供橋梁施工管理人員參考。
　　
　　一、混凝土橋梁裂縫形成的原因
　　
　　（一）水泥水化熱
　　混凝土澆筑初期，水泥在水化過程中產(chǎn)生大量水化熱，使混凝土的溫度迅速上升。但由于混凝土表面散熱條件較好，熱量可以向大氣中散發(fā)，因此溫度上升較少；而混凝上內(nèi)部由于散熱條件較差，熱量散發(fā)慢，水泥散發(fā)的熱量不易散失，導(dǎo)致溫度上升較多。水泥水化熱引起的溫度變化與混凝土的品質(zhì)有關(guān)，如水泥和粉煤灰的用量，單位體積水泥水化放熱量，并隨混凝土的齡期按指數(shù)關(guān)系增長，一般在3－5天達到最高溫度。隨著齡期的增長，彈性模量的增高，對混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也愈來愈大，以至產(chǎn)生了很大的拉應(yīng)力，當混凝土抗拉強度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時，便開始出現(xiàn)溫度裂縫。
　　（二）地基不均勻沉降
　　當?shù)鼗�發(fā)生不均勻沉降時，會引起構(gòu)件的約束變形，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力發(fā)生變化，而一旦結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力超過自身的抗拉強度時，在結(jié)構(gòu)的薄弱部位就會產(chǎn)生沉降裂縫。在橋梁工程中，不均勻沉降裂縫產(chǎn)生的原因主要有以下幾種：
　　1．地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準。在沒有充分掌握地質(zhì)情況下就進行設(shè)計、施工，這是導(dǎo)致地基不均勻沉降的主要原因。
　　2．地基地質(zhì)條件差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁，河溝處的地質(zhì)與山坡處的地質(zhì)條件差異較大，河溝中甚至存在軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。
　　3．結(jié)構(gòu)荷載差異太大。在地質(zhì)情況大概一致的條件下，當各部分基礎(chǔ)荷載差異太大時，有可能引起不均勻沉降，例如高填土箱形涵洞中部比兩邊的荷載要大，中部的沉降就要比兩邊大，箱涵可能開裂。
　　4．結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。同一橋梁中，混合使用不同基礎(chǔ)如擴大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，或同時采用樁基礎(chǔ)但樁徑或樁長差別大時，或同時采用擴大基礎(chǔ)但基底標高差異大時，也可能引起地基不均勻沉降。
　　5．地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰凍而膨脹，而一旦溫度回升，凍土融化，地基下沉，因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。
　　6．橋梁建成以后，原有地基條件變化。如大多數(shù)天然地基和人工地基浸水后，尤其是黃土、膨脹土等特殊地基土，土體強度遇水下降，壓縮變形加大，均可能造成不均勻沉降。
　　（三）溫差變化
　　混凝土在施工期間，外界氣溫變化的影響很大。混凝土的內(nèi)部溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)散熱降溫等各種溫度的疊加之和，外界氣溫愈高，混凝土的結(jié)構(gòu)溫度也愈高，如外界溫度下降，會增加混凝土的降溫幅度，特別是在外界氣溫驟降時，會增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫差。溫度應(yīng)力是由溫差引起的變形造成的，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大�；炷�土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當外部環(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)將產(chǎn)生應(yīng)力，當應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。
　�。ㄋ模┗炷�土收縮變形
　　實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的�；炷�土中含有大量空隙、粗孔及毛細孔，孔隙中存在水分，而水分的活動將影響到混凝土的一系列性質(zhì)，引起混凝土的收縮變形，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生�；炷�土的收縮變形主要有以下幾種形式:
　　1．自由收縮。它是混凝土硬化過程中由于化學(xué)作用引起的收縮，是化學(xué)結(jié)合水與水泥的化合結(jié)果。
　　2．塑性收縮�；炷�土澆筑初期，水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)水分急劇蒸發(fā)現(xiàn)象，引起混凝土失水收縮，此時骨料與膠合料之間產(chǎn)生不均勻的收縮變形。
　　3．碳化收縮。它是指大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。
　　4．干縮。水泥石在干燥和水濕的環(huán)境中要產(chǎn)生干縮和濕脹作用，最大的收縮發(fā)生在第一次干燥之后。（五）鋼筋銹蝕引起的裂縫
　　由于保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長幾倍，從而產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護層混凝土開裂，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。
　�。�六）凍脹引起的裂縫
　　大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹，因而混凝土產(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，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重，成齡后混凝土強度損失很大。當混凝土中骨料空隙多、吸水性強，骨料中含泥土等雜質(zhì)過多，混凝土水灰比偏大、振搗不密實，養(yǎng)護不力使混凝土早期受凍等，均可能導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。
　　（七）施工方法和施工工藝質(zhì)量的原因
　　在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、運輸、安裝過程中，施工方法不合理、施工質(zhì)量較低，容易產(chǎn)生各種形式的裂縫，產(chǎn)生裂縫的原因主要有以下幾方面：
　　1．骨料進場控制不嚴:碎石廠對碎石的分級生產(chǎn)控制不嚴格，施工單位進場的石子混堆、混放，導(dǎo)致混凝土拌合物和易性性能差，造成混凝土質(zhì)量波動，質(zhì)量差的混凝土容易產(chǎn)生裂縫。
　　2．施工前對支架壓實不足或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉；施工時模板剛度不足，在澆筑混凝土?xí)r，由于混凝土自重和側(cè)向壓力的作用使得模板變形。
　　3．混凝土澆筑供料速度不及時，連續(xù)性差，攪拌時間控制不好。
　　4．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。
　　5．混凝土振搗不密實、不均勻，漏振或過振，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導(dǎo)致截面削弱、鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫。
　　6．混凝土養(yǎng)護不到位，會使混凝土的水分流失，混凝土失水后表面產(chǎn)生拉應(yīng)力混凝土開裂，出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫。
　　7．施工時拆模過早，混凝土強度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。
　　
　　二、橋梁混凝土裂縫的控制與預(yù)防措施
　　
　　針對以上提及的幾種原因，應(yīng)該采取以下幾種措施來控制與預(yù)防橋梁混凝土裂縫的產(chǎn)生。
　　（一）設(shè)計措施
　　1．采取合理的結(jié)構(gòu)形式和合理的分塊。混凝土工程施工中如果允許設(shè)置水平施工縫，應(yīng)根據(jù)溫度裂縫的要求進行分塊，且設(shè)置必要的連接方式。
　　

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