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，混凝土在橋梁結構中的應用也越來越多，但是，相應暴露出來的質量問題也越來越多，其中，混凝土結構產(chǎn)生的裂縫問題，尤為突出，是一個迫切需要解決的技術難題。雖然理論上，結構裂縫是不可避免的現(xiàn)象，但通過施土中的技術管理措施，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，談談有關橋梁混凝土裂縫出現(xiàn)的原因、預防措施和處理方法，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
　　
　�。ㄒ唬┧�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有關，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)生了很大的拉應力，當混凝土抗拉強度不足以抵抗這種拉應力時，便開始出現(xiàn)溫度裂縫。
　�。ǘ�）地基不均勻沉降
　　當?shù)鼗�發(fā)生不均勻沉降時，會引起構件的約束變形，使結構內(nèi)部拉應力發(fā)生變化，而一旦結構內(nèi)部拉應力超過自身的抗拉強度時，在結構的薄弱部位就會產(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．地質勘察精度不夠、試驗資料不準。在沒有充分掌握地質情況下就進行設計、施工，這是導致地基不均勻沉降的主要原因。
　　2．地基地質條件差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁，河溝處的地質與山坡處的地質條件差異較大，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．結構荷載差異太大。在地質情況大概一致的條件下，當各部分基礎荷載差異太大時，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．結構基礎類型差別大。同一橋梁中，混合使用不同基礎如擴大基礎和樁基礎，或同時采用樁基礎但樁徑或樁長差別大時，或同時采用擴大基礎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。
　�。ㄈ�）溫差變化
　　混凝土在施工期間，外界氣溫變化的影響很大�；炷�土的內(nèi)部溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升和結構散熱降溫等各種溫度的疊加之和，外界氣溫愈高，混凝土的結構溫度也愈高，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。溫度應力是由溫差引起的變形造成的，溫差愈大，溫度應力也愈大�；炷�土具有熱脹冷縮性質，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，則在結構內(nèi)將產(chǎn)生應力，當應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，引起混凝土的收縮變形，導致裂縫的產(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作用引起的收縮，是化學結合水與水泥的化合結果。
　　2．塑性收縮。混凝土澆筑初期，水泥水化反應激烈，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)生化學反應引起的收縮變形。
　　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，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長幾倍，從而產(chǎn)生膨脹應力，導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，游離的水轉變成冰，體積膨脹，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結構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，均可能導致混凝土凍脹裂縫。
　�。ㄆ撸┦┕し椒ê褪┕すに囐|量的原因
　　在混凝土結構構件制作、運輸、安裝過程中，施工方法不合理、施工質量較低，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，導致混凝土拌合物和易性性能差，造成混凝土質量波動，質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，在澆筑混凝土時，由于混凝土自重和側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防措施
　　
　　針對以上提及的幾種原因，應該采取以下幾種措施來控制與預防橋梁混凝土裂縫的產(chǎn)生。
　　（一）設計措施
　　1．采取合理的結構形式和合理的分塊�；炷�土工程施工中如果允許設置水平施工縫，應根據(jù)溫度裂縫的要求進行分塊，且設置必要的連接方式。
　　

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