《論文_淺論混凝土橋梁裂縫的成因與防治(定稿)》

1、淺論混凝土橋梁裂縫的成因與防治論文關(guān)鍵詞橋梁混凝土混凝土裂縫論文摘要混凝土橋梁開裂是工程中比較常見的病害， 首先，分析混凝土橋梁裂縫形成的原因，其次，提出預(yù)防橋 梁混凝土裂縫的措施，最后，介紹幾種常用混凝土裂縫治理 方法，可供工程施工管理人員參考。隨著社會的不斷進步，國家加大了對橋梁的投資，混凝 土在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也越來越多，但是，相應(yīng)暴露出來的 質(zhì)量問題也越來越多，其中，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的裂縫問題， 尤為突出，是一個迫切需要解決的技術(shù)難題。雖然理論上， 結(jié)構(gòu)裂縫是不可避免的現(xiàn)象，但通過施土中的技術(shù)管理措施, 減少和控制裂縫是完全可能的。筆者根據(jù)多年的橋梁施工管 理經(jīng)驗，談?wù)動嘘P(guān)橋梁混凝土裂縫

2、出現(xiàn)的原因、預(yù)防措施和 處理方法，可供橋梁施工管理人員參考。、混凝土橋梁裂縫形成的原因(-)水泥水化熱混凝土澆筑初期，水泥在水化過程中產(chǎn)生大量水化熱， 使混凝土的溫度迅速上升。但由于混凝土表面散熱條件較好, 熱量可以向大氣中散發(fā)，因此溫度上升較少；而混凝上內(nèi)部 由于散熱條件較差，熱量散發(fā)慢，水泥散發(fā)的熱量不易散失, 導(dǎo)致溫度上升較多。水泥水化熱引起的溫度變化與混凝土的 品質(zhì)有關(guān)，如水泥和粉煤灰的用量，單位體積水泥水化放熱 量，并隨混凝土的齡期按指數(shù)關(guān)系增長，一般在3-5天達(dá)到 最高溫度。隨著齡期的增長，彈性模量的增高，對混凝土內(nèi) 部降溫收縮的約束也愈來愈大，以至產(chǎn)生了很大的拉應(yīng)力， 當(dāng)混凝土抗

3、拉強度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時，便開始出現(xiàn)溫 度裂縫。(%1) 地基不均勻沉降當(dāng)?shù)鼗l(fā)生不均勻沉降時，會引起構(gòu)件的約束變形，使 結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力發(fā)生變化，而一旦結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力超過自身 的抗拉強度時，在結(jié)構(gòu)的薄弱部位就會產(chǎn)生沉降裂縫。在橋 梁工程中，不均勻沉降裂縫產(chǎn)生的原因主要有以下幾種：1. 地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準(zhǔn)。在沒有充分掌握 地質(zhì)情況下就進行設(shè)計、施工，這是導(dǎo)致地基不均勻沉降的 主要原因。2地基地質(zhì)條件差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁，河 溝處的地質(zhì)與山坡處的地質(zhì)條件差異較大，河溝中甚至存在 軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。3. 結(jié)構(gòu)荷載差異太大。在地質(zhì)情況大概一致的條件

4、下， 當(dāng)各部分基礎(chǔ)荷載差異太大時，有可能引起不均勻沉降，例 如高填土箱形涵洞中部比兩邊的荷載要大，中部的沉降就要 比兩邊大，箱涵可能開裂。4. 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。同一橋梁中，混合使用不同基 礎(chǔ)如擴大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，或同時采用樁基礎(chǔ)但樁徑或樁長差 別大時，或同時采用擴大基礎(chǔ)但基底標(biāo)高差異大時，也可能 引起地基不均勻沉降。5地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土 因冰凍而膨脹，而一旦溫度回升，凍土融化，地基下沉，因 此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。6.橋梁建成以后，原有地基條件變化。如大多數(shù)天然地 基和人工地基浸水后，尤其是黃土、膨脹土等特殊地基土， 土體強度遇水下降，壓縮變形加大，

5、均可能造成不均勻沉降。（三）溫差變化混凝土在施工期間，外界氣溫變化的影響很大。混凝土 的內(nèi)部溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)散熱降溫 等各種溫度的疊加之和，外界氣溫愈高，混凝土的結(jié)構(gòu)溫度 也愈高，如外界溫度下降，會增加混凝土的降溫幅度，特別 是在外界氣溫驟降時，會增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫 差。溫度應(yīng)力是由溫差引起的變形造成的，溫差愈大，溫度 應(yīng)力也愈大?；炷辆哂袩崦浝淇s性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或內(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度時即產(chǎn)生溫 度裂縫。（四）混凝土收縮變形實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。 混凝

6、土中含有大量空隙、粗孔及毛細(xì)孔，孔隙中存在水分， 而水分的活動將影響到混凝土的一系列性質(zhì)，引起混凝土的 收縮變形，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。混凝土的收縮變形主要有以下 幾種形式：1. 自由收縮。它是混凝土硬化過程中由于化學(xué)作用引起 的收縮，是化學(xué)結(jié)合水與水泥的化合結(jié)果。2. 塑性收縮?；炷翝仓跗?，水泥水化反應(yīng)激烈，分 子鏈逐漸形成，出現(xiàn)水分急劇蒸發(fā)現(xiàn)象，引起混凝土失水收 縮，此時骨料與膠合料之間產(chǎn)生不均勻的收縮變形。3. 碳化收縮。它是指大氣中的二氧化碳與水泥的水化物 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。4. 干縮。水泥石在干燥和水濕的環(huán)境中要產(chǎn)生干縮和濕 脹作用，最大的收縮發(fā)生在第一次干燥之后。（五）鋼筋

7、銹蝕引起的裂縫由于保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕碳 化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物 介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜 破壞發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長幾倍, 從而產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護層混凝土開裂，沿鋼筋縱向產(chǎn) 生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。（六）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(xiàn)冰凍，游 離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同 時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起 滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導(dǎo)致 裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)重，成齡后混凝土

8、強度損失很大。當(dāng)混凝土中骨料空隙多、吸水性強，骨料中 含泥土等雜質(zhì)過多，混凝土水灰比偏大、振搗不密實，養(yǎng)護 不力使混凝土早期受凍等，均可能導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。（七）施工方法和施工工藝質(zhì)量的原因在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、運輸、安裝過程中，施工方法 不合理、施工質(zhì)量較低，容易產(chǎn)生各種形式的裂縫，產(chǎn)生裂 縫的原因主要有以下幾方面：1. 骨料進場控制不嚴(yán)：碎石廠對碎石的分級生產(chǎn)控制不 嚴(yán)格，施工單位進場的石子混堆、混放，導(dǎo)致混凝土拌合物 和易性性能差，造成混凝土質(zhì)量波動，質(zhì)量差的混凝土容易 產(chǎn)生裂縫。2. 施工前對支架壓實不足或支架剛度不足，澆筑混凝土 后支架不均勻下沉；施工時模板剛度不足，在澆筑混凝土?xí)r

9、, 由于混凝土自重和側(cè)向壓力的作用使得模板變形。3. 混凝土澆筑供料速度不及時，連續(xù)性差，攪拌時間控 制不好。4混凝土澆筑過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混 凝土沉實不足，硬化后沉實過大。5. 混凝土振搗不密實、不均勻，漏振或過振，出現(xiàn)蜂窩、 麻面、空洞，導(dǎo)致截面削弱、鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫。6. 混凝土養(yǎng)護不到位，會使混凝土的水分流失，混凝土 失水后表面產(chǎn)生拉應(yīng)力混凝土開裂，出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫。7施工時拆模過早，混凝土強度不足，使得構(gòu)件在自重 或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。二、橋梁混凝土裂縫的控制與預(yù)防措施針對以上提及的幾種原因，應(yīng)該采取以下幾種措施來控 制與預(yù)防橋梁混凝土裂縫的產(chǎn)生。(-)設(shè)計

10、措施1. 采取合理的結(jié)構(gòu)形式和合理的分塊。混凝土工程施工 中如果允許設(shè)置水平施工縫，應(yīng)根據(jù)溫度裂縫的要求進行分 塊，且設(shè)置必要的連接方式。2. 合理布置分布鋼筋:盡量采用小直徑、密間距布筋， 結(jié)構(gòu)邊緣處或變截面處需要加強分布筋，表面可以設(shè)置鋼筋網(wǎng)片。3. 為防止鋼筋產(chǎn)生銹蝕裂縫，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控 制裂縫寬度、采用足夠的保護層厚度。4. 合理地進行建筑物在使用階段的沉降計算，以控制由 于地基不均勻沉降產(chǎn)生的寬裂縫。（二）優(yōu)選混凝土原材料優(yōu)選混凝土原材料、優(yōu)化混凝土配合比的目的是使混凝 土具有較大的抗裂能力。1. 采用低水化熱的水泥。由于礦物成分及摻加混合材料 數(shù)量不同，水泥的水化熱差異較大

11、。鋁酸三鈣和硅酸三鈣含 量高的，水化熱較高；混合材料摻量多的水泥水化熱較低。 為減小水泥水化熱，降低混凝土絕熱溫升和混凝土內(nèi)部溫度, 從而減小內(nèi)外溫差，應(yīng)選用低水化熱的水泥產(chǎn)品。2. 摻粉煤灰?？梢杂眠m量粉煤灰取代一部分水泥以削減 水化熱產(chǎn)生的高溫峰值?；炷林袚接梅勖夯液螅商岣呋?凝土的抗?jié)B性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強度，抑制堿集料反應(yīng),減少新拌混凝土的泌水等。3.骨料的選用。應(yīng)優(yōu)先選用熱膨脹系數(shù)小、 含泥量低的骨料，并強調(diào)骨料的連續(xù)級配，條件許可時，應(yīng) 盡可能使用粒徑大的骨料。之所以這樣，因為一方面骨料本 身的強度就遠(yuǎn)大于水泥膠體，另一方面，采用連續(xù)

12、級配的骨 料，可以提高骨料在混凝土中的所占體積，能大幅度降低水 泥用量，從而間接地降低水化熱。4. 優(yōu)化混凝土配合比。認(rèn)真進行混凝土配合比設(shè)計，通 過試驗確定施工中采用的配合比。嚴(yán)格控制砂石骨料的含泥 量，在滿足混凝土設(shè)計強度等級、混凝土各項性能要求以及 泵送混凝土流動性要求情況下，選取節(jié)省水泥，降低混凝土 絕熱溫升。（三）地基處理1. 盡可能以樁柱式（坐于巖盤上的重力式基礎(chǔ)除外）基礎(chǔ) 及下部的形式加寬，避免下部產(chǎn)生不均勻沉陷。2. 對基底采取夯實、換填夯實等，使沉降均勻，基底的 埋深要考慮凍土的影響；對剛性擴大基礎(chǔ)，建議對下部結(jié)構(gòu) 聯(lián)成一體，并盡量對基底進行技術(shù)處理，盡可能減少不均勻的沉陷。

13、3. 新建基礎(chǔ)的承載能力要比原有基礎(chǔ)適當(dāng)提高；加強橫 向連接，降低沉降對新舊接縫處受力的影響。4. 增加橋面水泥混凝土鋪裝的剛度，這是提高橋梁上部 結(jié)構(gòu)整體性的重要措施；5. 在做橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計時，把基礎(chǔ)不均勻沉降作為荷 載適當(dāng)加以考慮。（四）采取合適的施工措施合適的施工方法不僅能降低混凝土內(nèi)的最高溫度，還能 減小混凝土的內(nèi)外溫差，有效地降低溫度裂縫的產(chǎn)生，達(dá)到 控制裂縫的目的。1澆筑方案。在混凝土施工過程中，為了有效降低混凝 土的內(nèi)外溫差，常采用分塊澆筑。分塊澆筑又可分為分層澆 筑法和分段跳倉澆筑法兩種。分層澆筑法目前有全面分層法、 分段分層法、斜面分層法3種澆注方案。全面分層澆筑是在 第

14、一層全面澆筑完畢后，開始澆筑第二層時，已施工的第一層混凝土還未初凝，如此逐層進行，直至澆筑完成；分段分 層澆筑，適用于厚度不大而面積或長度較大的工程，施工時 混凝土先從底層開始澆筑，進行至一定距離后再澆筑到第三層，如此依次向前澆筑其他各層;斜面分層適用于結(jié)構(gòu)的長度超過厚度的三倍的澆筑層，振搗上作從澆筑層的下端開始, 逐漸上移，此時向前推進的澆筑混凝土攤鋪坡度應(yīng)小于1： 3, 以保證分層混凝土之間的施工質(zhì)量。在時間允許的條件下，可將混凝土結(jié)構(gòu)采用分層多次澆 注，施工層之間按施工縫處理，即薄層澆筑技術(shù)，它可以使 混凝土內(nèi)部的水化熱得以充分地散發(fā)，應(yīng)該注意的是分層澆 筑的間歇時間。目前水工混凝土中遵

15、循的原則是薄層短間歇, 對施工縫的處理要求十分嚴(yán)格；而在橋梁混凝土施工中，由 于體積相對較小，多采用一次性整體澆筑和全面分層多次澆 筑。2. 振搗工藝。采用二次振搗技術(shù)，即是澆灌后的混凝土, 在振動界限以前，給予二次振搗，改善混凝土強度，提高抗 裂性，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的 水分和孔隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉 落而出現(xiàn)的裂縫，以減小內(nèi)部微裂，增加混凝土密實度，從 而可使混凝土抗壓強度提高10-20%左右。3. 降低混凝土澆筑溫度的措施?；炷烈驗樗療嵋?體積變化，以及因為環(huán)境溫度的周期變化均會引起開裂，如 果把混凝土的初始溫度降低到一定程度，使之產(chǎn)

16、生的溫差較 小，從而產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強度，可以避免混凝 土開裂。降低澆筑溫度的具體措施包括：澆筑前預(yù)冷混凝 土；降低原材料溫度，如做好水泥散熱、骨料澆水冷卻和 預(yù)冷等；采用冷卻拌和水與加冰拌和；減少運輸途中的 熱量倒灌，包括減小運輸距離，采用特制的保溫罐車，用保 溫材料包裹混凝土泵送管道等。（五）混凝土養(yǎng)護剛澆筑的混凝土、強度低、抵抗變形能力小，如遇到不 利的溫濕度條件，其表面容易發(fā)生有害的冷縮和干縮裂縫。保溫的目的是減小混凝土表面與內(nèi)部溫差及表面混凝土溫度 梯度，防止表面裂縫的發(fā)生?；炷帘砻鎵浩胶螅仍诨炷帘砻鏋⑺?，再覆蓋一層 塑料薄膜，然后在塑料薄膜上覆蓋保溫材料進行養(yǎng)護，保

17、溫 材料夜間要覆蓋嚴(yán)密，防止混凝土暴露，中午氣溫較高時可 以揭開保溫材料適當(dāng)散熱。底層塑料布下預(yù)設(shè)補水軟管，補水軟管間距6-8m,沿管長度方向每loonini開5mm水孔，根據(jù)底板表面濕潤情況向管內(nèi)注水，養(yǎng)護過程設(shè)專人負(fù)責(zé)。三、混凝土裂縫的治理方法如果裂縫情況影響到混凝土結(jié)構(gòu)的性能時，就應(yīng)更慎重 研討，分析比較，采用經(jīng)濟高效的方法，達(dá)到加固目的，可 采用的方法有如下幾種：(-)表面處理法做法：沿混凝土裂縫表面鋪設(shè)薄膜材料，般可用環(huán)氧類 樹脂或樹脂浸漬玻璃布。施工時先將混凝土表面用鋼絲刷打 毛，清水洗凈干燥，將混凝土表面氣孔由油灰狀樹脂填平， 然后在其上鋪設(shè)薄膜，如果單純以防水為目的，也可采用涂 刷瀝青的方法。該法適用于縫較窄，漿材難以灌入，深度未 達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫。（二）填充法施工時，先將槽內(nèi)碎片清除，必要時涂底層結(jié)合料，填充后待填充料充分硬化，再用砂輪或拋光機將表面磨光。該 法一般用來修補較寬的裂縫（03mm以上），作業(yè)簡單，費用低。 寬度小于0. 3mni,深度較淺的裂縫，以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采用取開v形槽，然后作填充處理。（三）灌漿法做法：先將結(jié)構(gòu)物的裂縫或孔隙與外界封閉，僅留進漿 口及排氣孔，然后將較低粘度的漿液通過壓漿泵以一定的壓 力將漿液壓入縫隙內(nèi)并使其擴散、膠凝固化，以達(dá)到恢復(fù)整 體性、強度、耐久性及抗?jié)B性的目的。漿液主要有:水泥漿、 環(huán)氧糠酮