桥梁结构混凝土裂缝的成因分析及常规处理方法

[关键词] 桥梁； 裂缝；成因分析；处理方法

　　引言

　　混凝土本来就是带裂缝工作，又由于处于交通流量大，重载车辆多的桥梁结构中，在荷载反复作用，气温、干湿度的反复变化下，就会使产生的裂缝扩展、加宽、密度增加，因此，研究桥梁结构混凝土裂缝的成因和掌握常规的处理方法，对桥梁的施工和养护来说有着十分的必要性。

　　1．桥梁结构混凝土裂缝成因分析

　　裂缝是混凝土结构最常见的病害，公路工程也是如此。混凝土结构裂缝的成因复杂、繁多，有时多种因素互相影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：

　　（1）荷载引起的裂缝：混凝土桥梁在静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，主要有直接裂缝、次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝；次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。

　　（2）是温度变化引起的裂缝：桥梁上能够观察到的严重裂缝损害,很多都是由于温度引起的内应力和约束应力所造成的。温度裂缝是粗裂缝产生的重要原因,一般出现在配筋薄弱之处。由温度引起的内应力及约束应力的大小与温差有关,特别是与昼夜间的变化关系最大,当然温度变化的速度(例如,冷却的速度)也是关键,桥梁上严重损害的裂缝往往发生在气候条件最差的时候。温度应力也与桥梁所处的地理位置有关,处于比较稳定的海洋性气候中的桥梁要比处于大陆性气候中的桥梁有利一些;在城市内的桥梁要比跨河的或山区的桥梁有利。另外,桥梁结构中的温度应力与太阳照射及照射面的颜色均有很大关系。

　　（3）收缩引起的裂缝：混凝土在凝结硬化过程中产生体积变化(多指收缩),当混凝土产生收缩而结构又受约束时,就可能会产生收缩裂缝。与温度应力相比,收缩裂缝仅起到次要作用。收缩引起的应力一般只相当于温度引起应力的10%～30%。根据裂缝产生机理的不同,收缩裂缝又可分为化学收缩、干燥收缩、塑性收缩、自收缩、碳化收缩裂缝等。

　　（4）混凝土沉缩裂缝：混凝土因流动性不好或捣实欠佳,或在混凝土硬化前有沉缩或沉缩不足就会发生裂缝。通常此类裂缝在混凝土尚处于塑性阶段(浇注后1～3ｈ),沿梁上面或板上面钢筋的位置发生,裂缝呈梭形,深度通常达到钢筋面。有些学者将此类裂缝也称为塑性裂缝。

　　（5）地基变形引起的裂：由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有：地质勘察精度不够、试验资料不准；地基地质差异太大；结构荷载差异太大；结构基础类型差别太大；地在冻胀；桥梁基础基于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。

　　（6）钢筋锈蚀引起的裂缝：由于混凝土质量较差或保护层厚度不足,二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面,使钢筋周围混凝土碱度降低,或由于氯化物浸入,钢筋周围氯离子含量较高,均可引起钢筋表面氧化膜破坏,钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应,其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2～4倍,从而对周围混凝土产生膨胀应力,导致保护层混凝土开裂、剥落,沿钢筋纵向产生裂缝,并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀,使钢筋有效断面积减小,钢筋与混凝土握裹力削弱,结构承载力下降,并将诱发其它形式的裂缝,加剧钢筋锈蚀,导致结构破坏。

　　（7）冻胀引起的裂缝：大气温度低于零度时,吸水饱和的混凝土出现冰冻,游离的水变成冰,体积膨胀9%,因而混凝土产生膨胀应力;同时混凝土胶孔中的过冷水(结冰温度在-78℃以下)在微观结构中迁移和重分布引起渗透压,使混凝土强度降低,并导致裂缝出现。温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。当混凝土中骨料空隙多、吸水性强,骨料中含泥土等杂质过多,水灰比偏大、振捣不密实,养护不力使混凝土早期受冻等,均可导致混凝土产生冻胀裂缝。

　　（8）施工材料质量引起的裂缝：混凝土主要由水泥、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。如：水泥、砂、石骨料、以及拌和水及外加剂等。

　　（9）施工工艺质量引起的裂缝：在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向等各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。

　　（10）是混凝土碱骨料反应（AAR）引起的裂缝：混凝土中的碱性物质同骨料中活性硅成分之间的反应就是碱骨料反应，这种反应是有害的，会使混凝土结构出现膨胀裂缝。发生碱骨料反应有两个必要条件，即骨料具有一定的碱活性和适宜的环境（潮湿、浸水）。碱骨料反应在骨料周围和混凝土缝隙中有硅酸碱胶滞体存在或挤出，在显微镜下观察，骨料颗粒周围出现反应环，砂浆或混凝土表面出现网状微裂缝，水泥浆出现碳化现象。

　　（11）是预应力张拉时引起的裂缝：在预应力梁端部，当进行预应力张拉时，梁端部受力状态非常复杂，目前预应力梁端部的非预应力配筋均为构造配筋，不能有效抑制预应力筋张拉时产生于梁端的诸多不利应力，往往使梁端产生裂缝。

　　2. 桥梁裂缝检测内容

　　对于出现裂缝的桥梁构件，先要通过科学检测手段，取得现场数据，鉴别裂缝属于何种性质，是否对结构产生危害，然后对症下药，确定是修复，还是补强加固或是先修复再加固。检测内容包括：①进行混凝土裂缝的检测、鉴定，包括裂缝出现的位置、形态、宽度、裂缝深度的检测，以判断裂缝的性质及危害性；②混凝土强度检测与判定；③混凝土中钢筋检测，确定其位置、根数和锈蚀程度；④检测混凝土的碳化程度及面碳化深度；⑤根据检测鉴定结构的安全及耐久性。⑥根据检测结果提出科学的处理方案。

　　3．桥梁裂缝常规处理方法

　　对桥梁结构的裂缝经以上内容的判别可采取不同的处理方法:

　　一是表面处理法：包括表面涂抹和表面贴补法，表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的裂缝，不伸缩的裂缝以及不在活动的裂缝。表面贴寂（木工膜或其它防水片）法适用于大面积漏水（蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝）的防渗堵漏。

　　二是填充法：用修补材料直接填充裂缝，一般用来修补较宽的裂缝（0.3mm）,作业简单,费用低。宽度小于0.3mm，深度较浅的裂缝、以及小规模裂缝的简易处理可采用取开V型槽，然后作填充处理。

　　三是灌浆法：此法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好。此法与加粘碳纤维进行约束并用，对于温度裂缝来说，不仅可以保证水汽等有害气体不侵入裂缝内部，腐蚀钢筋，还可以加固裂缝附近的薄弱部位，在温度应力的作用下不产生裂缝。

　　四是结构补强法：因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成裂缝等影响结构强度可采取结构补强法、锚固补强法、预应力法等。下面重点介绍灌浆法施工工序流程。

　　4. 总结

　　桥梁结构混凝土裂缝是桥梁主要的病害之一，它的形成和发展受到荷载、温度、施工等多种因素的影响，全面地检测出现裂缝的构件并掌握处理方法，是做好桥梁的施工和养护的关键。

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