浅谈混凝土桥梁裂缝的成因与防治
摘要:混凝土桥梁在施工和使用过程中，混凝土裂缝经常出现。混凝土裂缝使空气中的有害气体或物质渗入到梁体内部，从而导致钢筋锈蚀，影响着整座结构的耐久性，甚至危及整个桥梁的安全性。所以搞清楚桥梁裂缝产生的原因，并进一步提出了防治措施对提高桥梁的运营寿命具有重要的意义。
关键词:混凝土桥梁,裂缝,成因,防治
混凝土桥梁在施工和使用过程中，混凝土裂缝经常出现。混凝土裂缝使空气中的有害气体或物质渗入到梁体内部，从而导致钢筋锈蚀，影响着整座结构的耐久性，甚至危及整个桥梁的安全性。所以搞清楚桥梁裂缝产生的原因，并进一步提出了防治措施对提高桥梁的运营寿命具有重要的意义。本文对混凝土桥梁裂缝产生的主要原因进行分析，并提出一些裂缝的防治措施。
一、常见的混凝土桥梁裂缝的成因
1、设计不当形成裂缝
此类裂缝是我们在工程实例中发现最多的裂缝形式，许多桥梁设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。有的结构整体性和延性不足，冗余性小；有的计算图式和受力路线不明确，造成局部受力过大；有的混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄。这些都削弱了结构安全性，会严重影响结构的使用。不少桥梁，虽然满足了桥梁设计规范的强度要求，仅用了5～10年就因为出了问题影响结构安全。例如我们发现在混凝土桥梁竖向有截面突变的地方（箱梁、T梁的腹板与顶底板交接处）很容易产生裂缝，研究分析结果显示：混凝土在浇筑后发生水化反应、泌水和大量水分蒸发，混凝土因失水而收缩，而骨料因重力影响向下沉降，但此时混凝土的强度和硬度都不高，骨料下沉时受到钢筋的阻挡，便产生了沿钢筋方向的裂缝。
2、材料选择不当形成裂缝
混凝土主要是由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。主要表现在以下几点：水泥安定性不合格、强度不足、水泥受潮或过期，导致混凝土强度不足，从而引起混凝土开裂；砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和用水量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大；拌合水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。
3、施工工艺质量导致的裂缝
在桥梁建设中，有相当一部分的钢筋混凝土桥梁的裂缝是由于施工方面的原因造成的，在混凝土结构构件制作、运输、安装过程中，施工工艺不合理、施工质量较低，容易产生各种形式的裂缝。在现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生；混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，即塑性收缩裂缝；此外，模板刚度不足，接缝处理不当，保护层厚度不够或钢筋被扰动，模板漏浆，支撑下沉，拆模过早，初期受冻，初期养护不够，硬化前受振动或加荷，养护混凝土时内外温差过大等，都是施工过程中容易导致裂缝的原因。
4、温度变化引起的裂缝
目前温度裂缝产生主要原因是由温差造成的。混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生弯化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力，温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢，引起温度变化的主要因素有：年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工措施不当等。如由于年温差对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移，一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝；而日照和居然降温则是导致结构温度裂缝的最常见原因，主梁或桥墩面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身的约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。此外，在施工过程中大体积混凝土浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内部温差太大，也容易致使表面出现裂缝。
5、荷载引起的裂缝
荷载引起的裂缝是混凝土桥梁在常规动、静荷载及次应力作用下产生的，桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力，不但会引起结构的振动，还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制，极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到，但其带来的后果往往是灾难性的。
二、混凝土桥梁裂缝的防治措施
1、设计控制
设计时，应该采取合理的计算模型、限制施工机具的堆放、限制超过设计荷载的重型车辆过桥等方法避免结构产生荷载裂缝。同时，在设计阶段要尽量避免截面突变的存在，不能避免时要做特殊的处理，可将突变截面做成渐变截面，同时适量的增加钢筋数量，以保证不出现裂缝。
2、严格控制材料的选择
施工工艺的保证混凝土构件质量的关键。除施工的施工操作应严格按照施工技术规范的有关规定进行，对原材料（钢筋、水泥、砂、碎石、水等）都应进行严格的抽样检验，要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强高的水泥，在条件允许的情况下，尽可能采用普通水泥、火山灰水泥等收缩性较低的水泥，砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大，砂石中含泥量高，不仅将造成水泥和拌和水用量加大，而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。要正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法，对膨胀剂应充分考虑到不同品种、不同掺量所起到不同膨胀效果。应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。此外，配合比设计人员应深入现场，监督施工现场的浇捣工艺、操作水平、构建截面等情况，合理选择好混凝土的设计坍落度，对混凝土配合比应进行对比试验，在高温下或雨后施工对砂、碎石应进行含水量实验，针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比，协助现场搞好构件的养护工作确保混凝土的施工质量。
3、加强施工质量的控制
对施工质量的控制主要表现在以下几个方面：第一，浇捣时，振捣捧要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，时间过短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀；时间太长，造成分层，粗骨料沉人底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易产生裂缝。应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。第二，混凝土的早期养护工作尤为重要，以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩。混凝土灌注完，要立即罩上养护罩布，静养4h后通气进行养护，养护期间主要是控制好构件的湿润养护，养护时间为14d～28d，
4、温度的控制
对于这一类原因引起的裂缝，主要有以下控制措施：首先，改善骨科级配，采用于硬性混凝土，尽量选用低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等，加添加剂等措施以减少混凝土跌水泥用量，降低水化热。其次，在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间；高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的温度。再次，规定合理的拆模时问，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度变化，施工中长期暴露的混凝土浇筑体表面或薄壁结构，在寒冷季节采用保温等措施。最后，加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击。
三、结束语
在工程实践中，混凝土桥梁产生裂缝很常见，对易出现裂缝的部位，通过施工过程的严格控制，尽可能地避免开裂或减少裂缝的数量，减少裂缝的长度和宽度，通过对裂缝的妥善处理，使裂缝不至于对结构产生危害，保证结构的正常使用。
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