淺談橋梁裂縫產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
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，小心謹慎，但裂縫仍然時有出現。裂縫的存在和發(fā)展通常會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕，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，嚴重的將威脅到人民的生命、財產安全。
一、裂縫分類
裂縫可以分為兩類:1、由靜荷載和動荷載的應力（包括次應力）所引起的裂縫,屬于受力性裂縫,也稱為結構性裂縫,主要是由于結構承載力不夠引起,是強度不足的征兆,潛藏著結構的危險性。2、由于變形引起的裂縫,屬于非受力性裂縫,也稱非結構性裂縫,主要是由于結構構件內部自身應力形成。據國內外的調查資料,工程實踐中結構物的裂縫原因,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|量不合格，可能導致結構出現裂縫。
1、粗細集料含泥量過大，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度和抗?jié)B性，還會使混凝土干燥時產生不規(guī)則的網狀裂縫。
2、拌和用水及外加劑拌和用水或外加劑中氯化物等雜質含量較高時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，可能對堿骨料反應有影響。
3、水泥品種原因，水泥等級及混凝土強度等級原因：水泥等級越高、細度越細、早強越高對混凝土開裂影響很大。
?。ǘ┗炷粱瘜W反應的影響：
1、混凝土的收縮，混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細，且縱橫交錯，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（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產生拉應力，使得混凝土開裂。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結硬過程中產生的體積變化，后期主要是混凝土內部自由水分蒸發(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來計算，每m3混凝土將放出17500KJ～27500KJ的熱量，從而使混凝土內部升高。（可達70℃左右，甚至更高）。尤其對于大體積混凝土來講，這種現象更加嚴重。因為混凝土內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，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產生裂縫。
?。ㄈ囟燃巴獠凯h(huán)境的影響：
混凝土具有熱脹冷縮性質，當外部環(huán)境或結構內部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。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，導致局部拉應力較大，出現裂縫。
2、外界氣溫的變化對混凝土裂縫的產生有很大的影響?；炷羶炔康臏囟仁怯蓾仓囟?、水泥水化熱和結構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外溫度梯度。如果外界溫度下降過快，會造成很大的溫度應力，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，致使內部溫度很高，內外溫差太大，致使表面出現裂縫。
4、預制T梁之間橫隔板安裝時，支座預埋鋼板與調平鋼板焊接時，若焊接措施不當，鐵件附近混凝土容易燒傷開裂。采用電熱張拉法張拉預應力構件時，預應力鋼材溫度可升高至350℃，混凝土構件也容易開裂。
5、凍脹引起的裂縫。大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現冰凍，游離的水轉變成冰，體積膨脹，因而使混凝土強度降低，并導致裂縫出現。冬季施工時，采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法養(yǎng)護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，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫。
（五）地基礎變形引起的裂縫
由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結構中產生附加應力，超出混凝土結構的抗拉能力，導致結構構件產生裂縫。
三、裂縫的防治措施
為防止混凝土裂縫的產生，主要控制要點：原材料質量控制、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)護控制。具體控制措施：
1、加強對工程技術人員責任心教育，提高他們的專業(yè)知識和管理水平，對所有參建者進行防治混凝土裂縫技術交底，使他們熟悉掌握控制要點，從提高人的質量意識來預防控制。
2、進一步落實質量保證體系，落實質量管理責任制，從制度管理上進行預防控制。
3、從原材料質量控制入手，防治混凝土裂縫的產生：
?。?）水泥必須符合現行國家標準，根據設計的混凝土強度要求，選用收縮小、和易性好的水泥強度等級。
?。?）粗骨料應選用堅硬、有害物質含量低、連續(xù)級配的碎石，使粒徑分布盡可能達到密實填充。
?。?）細骨料應選用級配良好、質地堅硬、顆粒潔凈、粒徑小于5mm，且雜質含量小的中粗砂。
?。?）拌和用水不應含有影響水泥正常凝結和硬化的有害雜質或油脂、糖類及游離酸類等，城市施工一般應用自來水。
（5）混合材料的粉煤灰的細度、燒失量、含水量、三氧化硫含量等指標必須符合（GBJ1596-91）的有關標準規(guī)定。
?。?）外加劑應符合《混凝土外加劑》（GB8076）的有關規(guī)定，通過試驗、技術、經濟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，為控制混凝土質量，我們除經常與采購中心溝通外，項目部質檢、試驗人員會同監(jiān)理經常地、不定期地去商品混凝土廠家對原材料進行取樣、抽檢，嚴把材料關，努力做到從源頭上進行控制。
4、優(yōu)化混凝土配合比設計，嚴格控制最大水泥用量?；炷僚浜媳仍O計是防止產生裂縫的關鍵，設計中應根據設計強度等級、考慮材料質量可能的波動及施工條件的差異、變化而計算確定，配合比應嚴格控制最大水泥用量、坍落度、水灰比及摻加外加劑，根據施工現場砂石實際含水率變化，及時調整施工配合比，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生的裂縫。
5、施工過程的控制：
（1）加強鋼筋施工質量控制，鋼筋間距應均勻，合理布置鋼筋接頭位置，保護層采用統一墊塊，墊塊位置、間距應合理，并有效固定，應根據負筋直徑設置足夠的鋼筋馬蹬，以防止負筋踩下不能上提復位。
?。?）加強支架、模板專項方案審核，支架、模板應滿足剛度、強度、穩(wěn)定性要求，模板接縫嚴密，不準漏漿。
（3）在澆筑立柱、箱梁頂腹板、橋面鋪裝混凝土前，在側模、頂板等一切可能做標記的位置標出標高點，以確保混凝土截面高度及平整度。
（4）澆筑混凝土前，應對支架、模板、鋼筋、預埋件認真進行檢查，符合設計要求后方可澆筑。同時應檢查混凝土的均勻性和坍落度。
澆筑混凝土期間，應設專人檢查支架、模板、鋼筋等穩(wěn)固情況，當發(fā)現有松動、變形、移位時，應及時處理。
（5）自高處向模板內傾卸混凝土其高度超過2.0m以上時，應通過串筒、溜管、溜槽等設施下落，以防止混凝土離析。
?。?）規(guī)范混凝土澆筑施工工藝，混凝土應按一定厚度、順序和方向分層澆筑，應在下層混凝土初凝或能重塑前澆筑完成上層混凝土。上下層同時澆筑時，層間前后澆筑距離應保持1.5m以上。對每一振動部位，必須振動到該部位混凝土密實為止，密實標志是混凝土停止下沉、不再冒出氣泡、表面呈現平坦、泛漿，做到不漏振、不過振。在初凝后、終凝前應對混凝土裸露面及時進行修理、抺平、壓實，并用鐵抹子壓抹三遍，再后根據要求將表面拉毛，以增強混凝土密實度，減少收縮裂縫出現。
施工中加強對鋼筋、模板的質量控制檢查，確保結構鋼筋位置，防止發(fā)生應力裂縫。
?。?）嚴格控制拆模時間，為防止混凝土內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部的溫差的方法，當混凝土與外界溫差較大時，采用保溫養(yǎng)護，適當延長拆模時間，使溫差控制在25°C以內以防產生裂縫。
正確掌握拆模方法，避免拆模敲擊、振動出現裂縫。
?。?）摻加外加劑。避免降溫與干縮共同作用，導致應力疊加，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生的開裂。
?。?）加強混凝土的初期保濕養(yǎng)護。養(yǎng)護是混凝土澆筑成型后，使其表面維持適當的溫度和濕度，保證內部充分水化，促進強度不斷增長的重要環(huán)節(jié)，對于混凝土質量有很大影響。為此，混凝土澆筑完成收漿后，裸露表面應及時予以覆蓋及灑水，做好混凝土的保溫、保濕養(yǎng)護，緩慢降溫削減溫度應力，養(yǎng)護時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；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)的辦法進行養(yǎng)護；箱梁及橋面鋪裝我們專購了混凝土專用養(yǎng)護布覆蓋灑水保溫、保濕養(yǎng)護。
?。?0）施工時間盡量避開高溫時間段，當需連續(xù)施工時，高溫施工需對粗、細骨料堆放場設置遮陽棚，或冷水降溫，以降低混凝土拌合溫度。
?。?1）嚴格控制施工荷載，在混凝土強度達到2.5Mpa前，不得使其承受行人、運輸工具、模板及腳手架等荷載，施工荷載應盡可能分散，避免混凝土強度未到因堆載不當而產生裂縫。
?。?2）嚴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、結語
橋梁裂縫產生的原因復雜、種類繁多，如果不對裂縫進行系統全面的分析和研究，就很難提示出橋梁病害產生的內涵和機理。因此，對橋梁裂縫的分析和研究不僅闡明了裂縫形成機理、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前提和決策依據，這正是橋梁裂縫分析和研究的目的。雖然目前橋梁結構存在的裂縫問題比較普遍，但是只要在設計和施工中能認識到橋梁結構常規(guī)裂縫機理，同時采取相應的一些橋梁結構裂縫加固處理技術，裂縫問題是可以減少甚至可以避免的。
