淺談橋梁裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施
2012-03-19 來源：作者：代劍波 來源：中國鳴網(wǎng)
前言
混凝土的裂縫普遍存在，在橋梁工程中裂縫幾乎無所不在。盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹(jǐn)慎，但裂縫仍然時(shí)有出現(xiàn)。裂縫的存在和發(fā)展通常會使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴(yán)重的將威脅到人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。
一、裂縫分類
裂縫可以分為兩類:1、由靜荷載和動(dòng)荷載的應(yīng)力（包括次應(yīng)力）所引起的裂縫,屬于受力性裂縫,也稱為結(jié)構(gòu)性裂縫,主要是由于結(jié)構(gòu)承載力不夠引起,是強(qiáng)度不足的征兆,潛藏著結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)性。2、由于變形引起的裂縫,屬于非受力性裂縫,也稱非結(jié)構(gòu)性裂縫,主要是由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部自身應(yīng)力形成。據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查資料,工程實(shí)踐中結(jié)構(gòu)物的裂縫原因,屬于變形（溫度、收縮、不均勻沉陷）引起的約占80%以上;屬于荷載引起的約占20%左右。
二、裂縫產(chǎn)生的原因
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混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑按一定比例配合組成?；炷了捎貌牧系馁|(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。
1、粗細(xì)集料含泥量過大，造成混凝土收縮增大。砂石含泥量超過規(guī)定，不僅降低混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性，還會使混凝土干燥時(shí)產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。
2、拌和用水及外加劑拌和用水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時(shí)對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土，或采用含堿的外加劑，可能對堿骨料反應(yīng)有影響。
3、水泥品種原因，水泥等級及混凝土強(qiáng)度等級原因：水泥等級越高、細(xì)度越細(xì)、早強(qiáng)越高對混凝土開裂影響很大。
?。ǘ┗炷粱瘜W(xué)反應(yīng)的影響：
1、混凝土的收縮，混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細(xì)，且縱橫交錯(cuò)，成龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律?；炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時(shí)（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。
2、水泥水化熱的影響。水泥水化過程中放出大量的熱，且主要集中在澆筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，如果以水泥用量350Kg/m3～550Kg/m3來計(jì)算，每m3混凝土將放出17500KJ～27500KJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部升高。（可達(dá)70℃左右，甚至更高）。尤其對于大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。
（三）溫度及外部環(huán)境的影響：
混凝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(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。引起溫度變化主要因素有：
1、日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)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。由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。
2、外界氣溫的變化對混凝土裂縫的產(chǎn)生有很大的影響?；炷羶?nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。外界溫度低則會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度下降過快，會造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。
3、水化熱。大體積混凝土（厚度超過2.0米）澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。
4、預(yù)制T梁之間橫隔板安裝時(shí)，支座預(yù)埋鋼板與調(diào)平鋼板焊接時(shí)，若焊接措施不當(dāng)，鐵件附近混凝土容易燒傷開裂。采用電熱張拉法張拉預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼材溫度可升高至350℃，混凝土構(gòu)件也容易開裂。
5、凍脹引起的裂縫。大氣氣溫低于零度時(shí)，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，因而使混凝土強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。冬季施工時(shí)，采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法養(yǎng)護(hù)以及在混凝土拌和水中摻入防凍劑（但氯鹽不宜使用），可保證混凝土在低溫或負(fù)溫條件下硬化。
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1、混凝土施工過分振搗，模板、墊層過于干燥，易形成凝縮裂縫。
2、混凝土澆搗后，過分抹干壓光會使混凝土的細(xì)骨料過多地浮到表面，形成含水量很大的水泥漿層，水泥漿中的氫氧化鈣與空氣中二氧化碳作用生成碳酸鈣，引起表面體積碳水化收縮，導(dǎo)致混凝土板表面龜裂。
3、鋼筋銹蝕引起的裂縫。
4、混凝土分層或分段澆筑時(shí)，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。
?。ㄎ澹┑鼗A(chǔ)變形引起的裂縫
由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。
三、裂縫的防治措施
為防止混凝土裂縫的產(chǎn)生，主要控制要點(diǎn)：原材料質(zhì)量控制、混凝土配合比中最大水泥用量控制、施工過程控制及混凝土養(yǎng)護(hù)控制。具體控制措施：
1、加強(qiáng)對工程技術(shù)人員責(zé)任心教育，提高他們的專業(yè)知識和管理水平，對所有參建者進(jìn)行防治混凝土裂縫技術(shù)交底，使他們熟悉掌握控制要點(diǎn)，從提高人的質(zhì)量意識來預(yù)防控制。
2、進(jìn)一步落實(shí)質(zhì)量保證體系，落實(shí)質(zhì)量管理責(zé)任制，從制度管理上進(jìn)行預(yù)防控制。
3、從原材料質(zhì)量控制入手，防治混凝土裂縫的產(chǎn)生：
（1）水泥必須符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度要求，選用收縮小、和易性好的水泥強(qiáng)度等級。
?。?）粗骨料應(yīng)選用堅(jiān)硬、有害物質(zhì)含量低、連續(xù)級配的碎石，使粒徑分布盡可能達(dá)到密實(shí)填充。
?。?）細(xì)骨料應(yīng)選用級配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒潔凈、粒徑小于5mm，且雜質(zhì)含量小的中粗砂。
?。?）拌和用水不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)和硬化的有害雜質(zhì)或油脂、糖類及游離酸類等，城市施工一般應(yīng)用自來水。
?。?）混合材料的粉煤灰的細(xì)度、燒失量、含水量、三氧化硫含量等指標(biāo)必須符合（GBJ1596-91）的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
?。?）外加劑應(yīng)符合《混凝土外加劑》（GB8076）的有關(guān)規(guī)定，通過試驗(yàn)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較來確定外加劑的使用品種。外加劑的加入，它不僅能使混凝土的和易性有明顯改善，同時(shí)又可減少10％左右的拌和用水。
該工程提供的混凝土全部為商品混凝土，水泥由杭州市材料采購中心供應(yīng)，為控制混凝土質(zhì)量，我們除經(jīng)常與采購中心溝通外，項(xiàng)目部質(zhì)檢、試驗(yàn)人員會同監(jiān)理經(jīng)常地、不定期地去商品混凝土廠家對原材料進(jìn)行取樣、抽檢，嚴(yán)把材料關(guān)，努力做到從源頭上進(jìn)行控制。
4、優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制最大水泥用量?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)是防止產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級、考慮材料質(zhì)量可能的波動(dòng)及施工條件的差異、變化而計(jì)算確定，配合比應(yīng)嚴(yán)格控制最大水泥用量、坍落度、水灰比及摻加外加劑，根據(jù)施工現(xiàn)場砂石實(shí)際含水率變化，及時(shí)調(diào)整施工配合比，以優(yōu)化的混凝土配合比，來減少水泥的水化熱，有效地防止其因溫度裂變而產(chǎn)生的裂縫。
5、施工過程的控制：
?。?）加強(qiáng)鋼筋施工質(zhì)量控制，鋼筋間距應(yīng)均勻，合理布置鋼筋接頭位置，保護(hù)層采用統(tǒng)一墊塊，墊塊位置、間距應(yīng)合理，并有效固定，應(yīng)根據(jù)負(fù)筋直徑設(shè)置足夠的鋼筋馬蹬，以防止負(fù)筋踩下不能上提復(fù)位。
?。?）加強(qiáng)支架、模板專項(xiàng)方案審核，支架、模板應(yīng)滿足剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性要求，模板接縫嚴(yán)密，不準(zhǔn)漏漿。
?。?）在澆筑立柱、箱梁頂腹板、橋面鋪裝混凝土前，在側(cè)模、頂板等一切可能做標(biāo)記的位置標(biāo)出標(biāo)高點(diǎn)，以確?；炷两孛娓叨燃捌秸?。
?。?）澆筑混凝土前，應(yīng)對支架、模板、鋼筋、預(yù)埋件認(rèn)真進(jìn)行檢查，符合設(shè)計(jì)要求后方可澆筑。同時(shí)應(yīng)檢查混凝土的均勻性和坍落度。
澆筑混凝土期間，應(yīng)設(shè)專人檢查支架、模板、鋼筋等穩(wěn)固情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)、變形、移位時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。
（5）自高處向模板內(nèi)傾卸混凝土其高度超過2.0m以上時(shí)，應(yīng)通過串筒、溜管、溜槽等設(shè)施下落，以防止混凝土離析。
?。?）規(guī)范混凝土澆筑施工工藝，混凝土應(yīng)按一定厚度、順序和方向分層澆筑，應(yīng)在下層混凝土初凝或能重塑前澆筑完成上層混凝土。上下層同時(shí)澆筑時(shí)，層間前后澆筑距離應(yīng)保持1.5m以上。對每一振動(dòng)部位，必須振動(dòng)到該部位混凝土密實(shí)為止，密實(shí)標(biāo)志是混凝土停止下沉、不再冒出氣泡、表面呈現(xiàn)平坦、泛漿，做到不漏振、不過振。在初凝后、終凝前應(yīng)對混凝土裸露面及時(shí)進(jìn)行修理、抺平、壓實(shí)，并用鐵抹子壓抹三遍，再后根據(jù)要求將表面拉毛，以增強(qiáng)混凝土密實(shí)度，減少收縮裂縫出現(xiàn)。
施工中加強(qiáng)對鋼筋、模板的質(zhì)量控制檢查，確保結(jié)構(gòu)鋼筋位置，防止發(fā)生應(yīng)力裂縫。
?。?）嚴(yán)格控制拆模時(shí)間，為防止混凝土內(nèi)部約束引起的表面溫度裂縫，采用控制混凝土表面與外界或內(nèi)部的溫差的方法，當(dāng)混凝土與外界溫差較大時(shí)，采用保溫養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長拆模時(shí)間，使溫差控制在25°C以內(nèi)以防產(chǎn)生裂縫。
正確掌握拆模方法，避免拆模敲擊、振動(dòng)出現(xiàn)裂縫。
?。?）摻加外加劑。避免降溫與干縮共同作用，導(dǎo)致應(yīng)力疊加，在混凝土中摻加水泥用量5～10％的混凝土微膨脹劑，以抵消由于干縮和降溫引起的混凝土收縮而產(chǎn)生的開裂。
?。?）加強(qiáng)混凝土的初期保濕養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)是混凝土澆筑成型后，使其表面維持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?，保證內(nèi)部充分水化，促進(jìn)強(qiáng)度不斷增長的重要環(huán)節(jié)，對于混凝土質(zhì)量有很大影響。為此，混凝土澆筑完成收漿后，裸露表面應(yīng)及時(shí)予以覆蓋及灑水，做好混凝土的保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，緩慢降溫削減溫度應(yīng)力，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般混凝土不得少于7d，摻外加劑或有抗?jié)B要求的不得少于14d。本工程承臺采用基坑回填灑水養(yǎng)護(hù)；墩柱采用塑料薄膜包裹，密封保水方法，延緩表面水分蒸發(fā)的辦法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；箱梁及橋面鋪裝我們專購了混凝土專用養(yǎng)護(hù)布覆蓋灑水保溫、保濕養(yǎng)護(hù)。
（10）施工時(shí)間盡量避開高溫時(shí)間段，當(dāng)需連續(xù)施工時(shí)，高溫施工需對粗、細(xì)骨料堆放場設(shè)置遮陽棚，或冷水降溫，以降低混凝土拌合溫度。
?。?1）嚴(yán)格控制施工荷載，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5Mpa前，不得使其承受行人、運(yùn)輸工具、模板及腳手架等荷載，施工荷載應(yīng)盡可能分散，避免混凝土強(qiáng)度未到因堆載不當(dāng)而產(chǎn)生裂縫。
?。?2）嚴(yán)格控制施工縫的留置，盡量保證混凝土澆筑的連續(xù)性和整體性。
由于本工程在混凝土施工中采取了上述系列措施，對防治橋梁工程混凝土裂縫收到了較好的效果。
四、結(jié)語
橋梁裂縫產(chǎn)生的原因復(fù)雜、種類繁多，如果不對裂縫進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析和研究，就很難提示出橋梁病害產(chǎn)生的內(nèi)涵和機(jī)理。因此，對橋梁裂縫的分析和研究不僅闡明了裂縫形成機(jī)理、裂縫危害性評定等問題，還直接為今后橋梁病害的綜合治理提供技術(shù)前提和決策依據(jù)，這正是橋梁裂縫分析和研究的目的。雖然目前橋梁結(jié)構(gòu)存在的裂縫問題比較普遍，但是只要在設(shè)計(jì)和施工中能認(rèn)識到橋梁結(jié)構(gòu)常規(guī)裂縫機(jī)理，同時(shí)采取相應(yīng)的一些橋梁結(jié)構(gòu)裂縫加固處理技術(shù)，裂縫問題是可以減少甚至可以避免的。
