裂縫對混凝土橋梁耐久性的影響
2011-09-27 來源：中國百科網(wǎng)
目前，混凝土橋梁的耐久性問題越來越受到人們的關(guān)注。如果配比、澆筑、搗實、養(yǎng)護(hù)等方面都恰到好處，混凝土基本不會透水，在大多數(shù)環(huán)境中都能具有很長的壽命。因此，可以說水密性對混凝土橋梁的耐久性起著至關(guān)重要的作用。然而，受環(huán)境的影響，混凝土?xí)霈F(xiàn)裂逢，使用過程中隨著滲透的出現(xiàn)，混凝土難免要經(jīng)歷初步的或更嚴(yán)重的質(zhì)變，因此，裂縫已經(jīng)成為影響混凝土耐久性的一個不可忽略的因素。
1、裂縫對混凝土橋梁耐久性的危害
人們普遍認(rèn)為，影響混凝土橋梁耐久性的一些主要原因，按主次順序，依次為：鋼筋的腐蝕、循環(huán)性冷凍與融化環(huán)境、堿硅反應(yīng)和硫酸鹽侵襲。上述每一項的膨脹開裂的機(jī)制中都牽扯到了水。不僅如此，水還是侵蝕性離子進(jìn)入混凝土內(nèi)部的主要載體。裂縫及其寬度對混凝土橋梁耐久起著直掛重要的作用，裂縫寬度大, 結(jié)構(gòu)耐久性失效的可能性也大。裂縫寬度達(dá)某一值時, 結(jié)構(gòu)的耐久性不能滿足要求。同時，鋼筋并不能消除或削減混凝土的收縮裂縫，它只是把一些大的裂縫變成細(xì)紋和微裂。然而，恰恰是那些肉眼看不見也無法測量的細(xì)紋和微裂才構(gòu)成潛在通道，最終為離子從混凝土表面運(yùn)動到鋼筋建立了必要的通道，從而加速了混凝土橋梁的耐久性損失。
無論對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說，裂縫及其寬度對力筋腐蝕都有影響，且寬度不同其影響程度也不同。首先，裂縫加快了腐蝕的發(fā)生。在早期，裂縫寬度對力筋腐蝕影響較大，因為力筋去鈍化的時間取決于裂縫的寬度，然而腐蝕一旦開始，其影響程度大大降低。這時，腐蝕速度取決于未開裂處混凝土保護(hù)層的質(zhì)量和滲透性，混凝土保護(hù)層的質(zhì)量越好，滲透性越小，氧氣及水分的供給量也越少，腐蝕速度越慢，隨著碳化進(jìn)程的深入，毛細(xì)孔將逐漸被堵塞，使混凝土滲透性逐步降低，腐蝕速度也隨之下降。當(dāng)力筋腐蝕速度小到一定程度時，即在設(shè)計壽命期內(nèi)不影響其各項力學(xué)指標(biāo)時，就稱之為處于鈍化狀態(tài)。實際上，腐蝕一直在進(jìn)行著，只不過有時腐蝕速率很小而已。
2、裂縫產(chǎn)生的原因
混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫，一般有七種成因：
（1）構(gòu)造處理不當(dāng)造成的混凝土裂縫；
（2）混凝土的干縮引起的裂縫；
（3）由于堿－骨料反應(yīng)（AAR）引起的裂縫；
（4）由于外界溫度變化引起的裂縫；
（5）由于鋼筋銹蝕引起的裂縫；
（6）由于荷載作用引起的裂縫；
（7）太陽輻射、混凝土老化、徐變及疲勞作用引起的裂縫。由于其成因不同, 對結(jié)構(gòu)的耐久性影響是不同的。
2.1 裂縫的成因
0.1～1 mm的裂縫主要起因于包括霜凍作用、濕度梯度在內(nèi)的溫度梯度，結(jié)構(gòu)超荷載，以及一些化學(xué)因素，如鋼筋腐蝕、堿骨料反應(yīng)等。早期裂縫一般是由于冷卻或干燥引發(fā)的收縮應(yīng)變造成的。當(dāng)剛剛硬化的混凝土裸露在周圍溫度濕度中，它不僅會產(chǎn)生熱收縮應(yīng)變還有干燥收縮應(yīng)變。哪種收縮應(yīng)變會占主導(dǎo)地位，取決于環(huán)境溫度和濕度，該混凝土構(gòu)件的大小，混凝土自身溫度，混凝土配料的性能以及混凝土的配比。
硬化混凝土在約束狀態(tài)下收縮應(yīng)變會產(chǎn)生彈性拉應(yīng)力。這種彈性拉應(yīng)力的第一個近似值可以被認(rèn)為是彈性模量和應(yīng)變的結(jié)果。當(dāng)引起的拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度，材料會出現(xiàn)裂縫?？墒怯捎诓牧瞎灿械恼硰椥孕阅埽ㄐ熳儯?，有些應(yīng)力就釋放出來。只有殘余應(yīng)力（應(yīng)力經(jīng)過徐變有所釋放之后）決定是否會發(fā)生裂縫。
2.2 強(qiáng)度與裂縫的關(guān)系
導(dǎo)致混凝土裂縫行為的主要因素有：干燥收縮、徐變、彈性模量，以及抗拉強(qiáng)度。很明顯，隨著水泥比例的增加，混凝土的伸長率（抗裂性）就要降低，因為干燥收縮都提高了。與此同時，強(qiáng)度的增加有可能增加彈性模量，降低徐變系數(shù)，從而對混凝土的伸長率產(chǎn)生負(fù)面影響，這也是早強(qiáng)混凝土一般比中度或低強(qiáng)度混凝土更易于裂縫。當(dāng)然，早強(qiáng)混凝土的結(jié)構(gòu)裂縫是可以通過使用足量的鋼筋而得以控制，但是如上文所述，這種作法無助于混凝土耐久性問題。
可見，并不是強(qiáng)度而是服務(wù)期限內(nèi)的混凝土良好狀態(tài)（無裂縫），在確保水密性和耐久性方面起著重要作用。
2.3 環(huán)境作用對裂縫的影響
環(huán)境作用對混凝土材料的腐蝕與損傷主要發(fā)生在混凝土表層，使混凝土截面或混凝土材料強(qiáng)度受到損失，影響結(jié)構(gòu)的適用性（外觀、裂縫、剝落等）和安全性。在鋼筋混凝土橋梁中，更重要的是因表層混凝土發(fā)生腐蝕或損傷而削弱了對鋼筋的保護(hù)能力，加速了鋼筋的銹蝕進(jìn)程，而影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。
