公路混凝土桥梁裂缝的成因及治理措施

[关键词]桥梁；混凝土裂缝；种类；成因；分析；防治措施 

　　混凝土作为一种耐久性的建筑材料，因其具有抗压强度高、取材方便、价格便宜、便于成形，耐火性和耐久性好、抗风化性强、后期养护费用低等优点，成为当今桥梁等建筑工程中使用最为广泛的建筑材料。但混凝土亦存在抗拉强度低，容易开裂的缺陷。混凝土开裂可以说是桥梁普遍存在的通病，经常困扰着桥梁工程技术人员。为了进一步增强工程建设者对混凝土桥梁裂缝的认知，尽可能避免或减少桥梁结构工程中出现危害较大的裂缝，本文从混凝土桥梁在设计、施工阶段裂缝产生的主要原因做了比较系统的分析和论述。 

　　1 混凝土桥梁裂缝种类 

　　桥梁混凝土结构裂缝的成因极其复杂，且往往是诸多因素相互作用和影响。但工程实践证明，每一条裂缝均有其产生的主要原因。根据裂缝产生的原因，桥梁混凝土裂缝大致可划分为八大类。分别是荷载引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、收缩引起的裂缝、基础变形引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、冻胀引起的裂缝、施工材料质量引起的裂缝和施工工艺质量引起的裂缝。 

　　2 桥梁裂缝成因分析 

　　2.1 荷载引起的裂缝 

　　荷载裂缝是混凝土桥梁在常规静、动设计荷载及应力作用下产生的。主要有外荷载引起的直接应力和次应力裂缝。 

　　2.2 温度变化引起的裂缝 

　　混凝土具有热胀冷缩的特性，当混凝土结构物内外温差发生改变时，混凝土产生变形。如果变形受到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土极限抗拉强度时便产生裂缝。 

　　2.3 收缩引起的裂缝 

　　混凝土由于收缩而产生的裂缝在实际工程中最为常见，混凝土收缩裂缝归纳起来主要有四种，分别为塑性收缩、缩水收缩（干缩）自身收缩和碳化收缩。其中容易引发混凝土体积变形的主要有塑性收缩和缩水收缩（干缩）。 

　　（1）塑性收缩。发生在施工过程中，混凝土在浇筑后约3h～6h内，水泥水化反应最为强烈，此时水分快速蒸发，极易产生失水收缩，此种收缩产生的量级可以达到1%左右，混凝土的塑性收缩大小与流动性有着密切关系。若骨料在下沉过程中受到钢筋的阻碍，则易形成沿钢筋方向的裂缝。 

　　（2）缩水收缩（干缩）。混凝土硬化后，随着表面水分的不断蒸发，湿度不断降低，体积缩小，当混凝土产生表面水分损失快而内部水分损失慢的湿度差异时，便产生收缩大、小的不均匀收缩，当收缩变形受到约束时，则混凝土表面承受拉力，当混凝土承受的拉力超过其极限抗拉强度时产生收缩裂缝。 

　　（3）自生收缩。混凝土在硬化过程中，水与水泥不断发生水化反应产生自身体积缩小。这种收缩且可以是正的（收缩），也可以是负的问（即膨胀）。 

　　（4）碳化收缩。空气中CO2与水泥发生化学反应引起的收缩变形。碳化收缩仅在湿度达到约50%时才能发生，且碳化收缩随空气中CO2浓度的增大而加剧。 

　　2.4 基础变形引起的裂缝 

　　基础变形一般为多种因素造成，最常见的为基础不均匀沉降，这种基础变形均会使结构内部产生附加应力，一旦附加应力超过混凝土的极限抗拉强度，就会导致结构开裂。 

　　2.5 钢筋锈蚀引起的裂缝 

　　因混凝土保护层碳化或施工中氯化物的进人，引起铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生化学反应，形成锈蚀产物，其产物的体积增大约2倍～3倍，这种体积膨胀对周围混凝土产生相当大的拉应力，从而引起保护层混凝土开裂甚至剥离。钢筋锈蚀不但会引发沿钢筋方向产生裂缝而且会使钢筋有效截面面积减小，并将大大削弱与混凝土的粘结力，导致结构承载力下降，同时会诱发其他形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。 

　　3 桥梁裂缝防治措施 

　　（1）对由于设计不合理或荷载作用引起的裂缝防治，关键是要在设计中重点加以控制。这就需要设计人员在设计计算阶段，多思考，不要漏算或少算荷载，计算要考虑全面，受力假定和计算模型要尽量与实际受力相吻合，同时要考虑到交通量的增加以及超载车辆对结构的影响，结构安全系数要取足；设计时要结合当地的施工条件和管理水平，采用多断面进行设计核验；在钢筋配筋率和应力基本一致的情况下钢筋布置尽量采用“细多”，少采用“粗少”的设计原则，构造处理措施要符合规范要求。同时在结构设计中应尽量避免或减少出现结构断面突变，因为在突变位置极易产生应力集中。当不能避免时，应对局部进行如突变做成渐变，直角变为圆角的处理措施，同时适当加强构造钢筋，拐角处增设斜向抗剪钢筋，对于较大孔洞有条件时尽量在周边设置角钢或钢筋以扩散和抵抗集中应力。 

　　（2）为防止温度变化造成裂缝，在施工中应根据实际情况尽量选用水化热低的水泥品种，并限制水泥单位用量，为降低内外温差，预先冷却骨料温度，必要时可采用薄层连续浇注以加快散热或冷却循环系统进行散热。其次，在混凝土中掺加一定量的具有减水、缓凝、 塑等作用的外掺剂，改善混凝土拌和物的保水性和流动性，降低水化热，推迟热峰的出现时间；高温季节浇注时可以采用洒水降温或搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇注混凝土的温度。再次，规定合理的拆模时间；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注体表面或薄壁结构，在寒冷季节采用切实可行的保温、隔热等措施。 

　　（3）对于收缩引起的裂缝，因为此类裂缝一般主要发生在混凝土硬化初期，所以需要合适的混凝土配合比设计和及时、良好的初期养护环境，同时在施工过程中，必须严格按照配合比设计控制混凝土的配合比，并在混凝土浇注完成后及时采取覆盖、浇水等有利于养护混凝土的环境措施，在干燥环境下更应注意加强养生，保证混凝土养护条件和时间。同时在设计时合理配置适当的构造钢筋以提高混凝土的抗裂性。构造配筋尽量选用直径为8mm～12mm的细钢筋，并按8cm～10cm的间距布置。截面配筋率不宜低于0.4%，一般可采用0.4%～0.6%。 

　　（4）对于钢筋锈蚀引起的裂缝，设计时应严格按照规范要求控制裂缝宽度、采用适宜的保护层厚度。应严格控制好混凝土的水灰比、和易性、流动性和坍落度，同时要采用机械式振捣，以最大限度确保混凝土浇注的密实性，同时严格控制含氯离子的外掺剂用量。 

　　（5）对于因混凝土冻胀而引起的裂缝，发生冻胀破坏的必要条件是温度低于0℃和混凝土吸水饱和。因此，冬季施工时，应选用空隙率小、吸水性差，泥土等有害杂质含量符合要求的骨料，采用适宜的水灰比、振捣密实，并采用暖棚法等有效养护方法，或在混凝土拌和用水中掺入适量的防冻剂，以保证混凝土在低于0℃的负温下硬化。 

　　4 结语 

　　一座桥梁从开始修建到投入运营，必将涉及到设计、施工、监理、运管等各个方面。由上述可知，设计缺陷、施工质量差、监理和运营管理等诸多因素均可能使混凝土桥梁出现裂缝。根据多年设计和施工经验，各方严格按照国家有关规范、技术标准执行，同时采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的，并在桥梁运营使用过程中，应加大养护和管理力度，力争做到及时发现问题及时处理。 

　　参考文献 

　　[1] JTJ04-2000.公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社. 

　　[2] JTGD62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社. 

　　[3] 刘自明等.桥梁工程检测手册[M].北京：人民交通出版社.