摘要:隨著農(nóng)村公路橋梁建設(shè)的迅猛發(fā)展,混凝土梁橋得到了廣泛應(yīng)用,而混凝土梁板裂縫也有不同程度的存在,因此,混凝土在行車道板的裂縫也作為橋梁建設(shè)及使用中的重要課題引起了很多專家、學(xué)者的普遍關(guān)注。本文對(duì)非預(yù)應(yīng)力混凝土行車道板的裂縫產(chǎn)生的原因、裂縫的種類、改善的措施及對(duì)裂縫的處理方法提出自己的幾點(diǎn)看法和見解。

  關(guān)鍵詞: 行車道板裂縫 分析 檢查 預(yù)防措施
  一、前言:
  混凝土因其取材廣泛、價(jià)格低廉、抗壓性能高、可施工性好、耐火性好、抗風(fēng)化等優(yōu)點(diǎn),成為建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的材料,但混凝土最大缺點(diǎn)是抗拉性能差、容易開裂。大量的工程實(shí)踐和理論分析表明,幾乎所有的混凝土構(gòu)件均帶裂縫工作,只不過有些裂縫很細(xì),甚至用肉眼看不見(裂縫寬度小于0.05mm),對(duì)結(jié)構(gòu)的使用無太大的危害,可允許存在;但是有些裂縫在使用荷載下或外界環(huán)境作用下不斷產(chǎn)生和擴(kuò)展,引起混凝土開裂脫落、鋼筋銹蝕。使構(gòu)件的整體強(qiáng)度和剛度受到削弱而影響正常使用,耐久性能降低,此類裂縫就是我們分析和日常檢查的重點(diǎn)。
  二、裂縫種類及產(chǎn)生原因分析
  混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多,但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因,就其產(chǎn)生的原因大致分為以下幾種:
  1.荷載裂縫
  混凝土橋梁在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫成為荷載裂縫。這類裂縫產(chǎn)生的原因有①設(shè)計(jì)階段:結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)有漏算或計(jì)算模式不合理,以及忽略了在設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通運(yùn)輸車輛的更新而增加的行車荷載。②施工階段:不加限制地堆放施工機(jī)具、材料,預(yù)制構(gòu)件底模強(qiáng)度不足引起不均勻沉降;吊裝繩索之間夾角過大造成附加破壞;運(yùn)輸預(yù)制構(gòu)件支承點(diǎn)不適當(dāng)?shù)。③使用階段:超出設(shè)計(jì)荷載的重型車輛以及受一些自然災(zāi)害和人為損壞。
  荷載裂縫的特征依據(jù)荷載不同而顯現(xiàn)不同的特點(diǎn),這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)和振動(dòng)嚴(yán)重的部位,但應(yīng)注意如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮或受壓方向的短裂縫,往往是結(jié)構(gòu)達(dá)到了承載極限的標(biāo)志,是結(jié)構(gòu)破壞的前兆,其原因往往是截面尺寸偏小。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同的受力方向,裂縫產(chǎn)生的特征如下:
  〈1〉中心受拉:裂縫垂直于受力方向且貫穿于構(gòu)件的底表面,裂縫間距大體相等。
  〈2〉中心受壓:沿構(gòu)件出現(xiàn)平行于受力方向的短而密的平行裂縫。
  〈3〉受彎:彎矩最大截面附近從受拉區(qū)邊沿開始出現(xiàn)與受拉方向相垂直的裂縫,并逐漸向中性軸方向發(fā)展。當(dāng)結(jié)構(gòu)配筋較少時(shí),裂縫少而寬,構(gòu)件容易發(fā)生脆性破壞。
  〈4〉受剪:沿梁端腹部出現(xiàn)大于45o方向的斜裂縫,或梁端中下部出現(xiàn)約45o方向相平行的斜裂縫。
  〈5〉受扭構(gòu)件一側(cè)腹部先出現(xiàn)多條約45o方向斜裂縫,并相鄰面以螺旋形式展開。
  〈6〉局部受壓:在局部受壓區(qū)出現(xiàn)與壓力方向大致平行的多條短裂縫。
  2.溫度變化引起裂縫
  混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì),當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度發(fā)生變化,混凝土將發(fā)生變形,若變形遭到約束,則將在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫區(qū)別于其它裂縫的最主要的特征是:它將隨溫度的變化而擴(kuò)張或合擾。產(chǎn)生這種裂縫的主要的原因有: (1)年溫差
  一年四季溫度不斷變化,但變化相對(duì)緩慢,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導(dǎo)致橋梁縱向位移,一般可通過橋梁伸縮縫、支座位移或其它的構(gòu)造措施予以消除,只有結(jié)構(gòu)的位移受到約束時(shí)才會(huì)引起溫度裂縫。
 。2)日照
  橋面板或橋墩側(cè)面受到太陽暴曬后,溫度明顯高于其它部位,溫度梯度呈非線性分布。由于自身的約束作用,導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大,出現(xiàn)裂縫。此類原因和驟然降溫是引起溫度裂縫的主要原因。
  (3)驟然降溫
  突降大雨或冷空氣的突然侵襲可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外部表溫度突然下降,但因內(nèi)部溫度變化相對(duì)較緩,而產(chǎn)生溫度梯度,引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。
  (4)施工過程引起的裂縫
  在施工過程中,由于外界氣溫較高,所以施工時(shí)會(huì)增加混凝土的坍落度,從而混凝土中離析水含量會(huì)過多,因此混凝土在澆注過程中就會(huì)發(fā)生離析現(xiàn)象,當(dāng)振搗成型后,構(gòu)件某一部位的粗骨料就比較多,而在某一部位的粗骨料就比較少,由于混凝土在發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)時(shí),粗骨料較少的部位由于漿級(jí)比較大,因此水化熱就比較大,再加上外界的氣溫比較高,混凝土在收縮硬化時(shí)而產(chǎn)生了裂縫。
  3.收縮引起的裂縫
  在實(shí)際工程中,混凝土因收縮引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮是混凝土體積變化的主要原因。
  塑性收縮發(fā)生在施工過程中,混凝土澆筑4-5小時(shí)左右,此時(shí)水泥水化反應(yīng)劇烈,分子鏈逐漸形成,出現(xiàn)泌水和水分積聚蒸發(fā),混凝土失水收縮,同時(shí)骨料因自重下沉,而此時(shí)混凝土尚未完全硬化,這時(shí)發(fā)生的體積變形稱為塑性變形。
  縮水收縮是混凝土結(jié)硬后,隨著表面水分逐步降低,混凝土體積減小,這稱為縮水收縮。
  4.地基基礎(chǔ)變形引起的裂縫
  由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力,超出混凝土結(jié)構(gòu)抗拉能力,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的開裂。
  5.鋼筋銹蝕引起的裂縫
  由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層不足,當(dāng)空氣溫度過大時(shí),混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化致鋼筋表面時(shí),使鋼筋周圍混凝土堿度降低或由于氧化物介入,鋼筋周圍的氯離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與侵入混凝土中的氧氣和水分發(fā)生電化腐蝕反應(yīng),發(fā)生反應(yīng)的化合物體積增大2-4倍,對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,導(dǎo)致混凝土保護(hù)層的開裂、剝離,鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結(jié)構(gòu)承載力下降并誘發(fā)其它形式的裂縫,從而形成惡性循環(huán),加劇了鋼筋的銹蝕,導(dǎo)致構(gòu)造物的破壞。
  三、裂縫位置及程度
  鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋在農(nóng)村公路橋梁中應(yīng)用較廣,但橋梁裂縫現(xiàn)象,仍有不同程度地存在,
  現(xiàn)將橋梁裂縫情況歸納如下:
  1.彎拉裂縫
  主要是梁(板)受荷載作用產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力超出混凝土極限抗拉強(qiáng)度引起的彎曲裂縫。這類裂縫一般在梁(板)跨中L/4-3L/4附近產(chǎn)生,在梁(板)側(cè)面,往往在受拉區(qū)邊緣,沿大致與主鋼筋垂直的方向豎直延伸,一般在兩條延伸較長(zhǎng)的裂縫間有數(shù)根延伸較短的裂縫。其裂縫寬度一般在0.03-0.2mm范圍內(nèi),裂縫間距最小一般為0.05-0.2m
  一般認(rèn)為,只要這類裂縫在梁(板)側(cè)面的延伸長(zhǎng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)計(jì)算的截面中性軸位置,這類裂縫寬度在車輛荷載作用下變化不大,因此比較穩(wěn)定,所以在一般情況下,只要最大裂縫寬度不超過設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定限制時(shí),即認(rèn)為此種裂縫無大防礙。
  2.梁腹板斜裂縫(主拉應(yīng)力裂縫)
  這類裂縫產(chǎn)生原因是在車輛荷載作用下,在靠近支點(diǎn)部位,剪力大而彎矩小,由于產(chǎn)生的主拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度,在梁腹板中出現(xiàn)腹剪裂縫。這類裂縫常見于跨度大于10m的鋼筋混凝土T型梁中。一般在支點(diǎn)附近至1/4跨度范圍內(nèi)發(fā)生,在梁的腹板側(cè)面上,裂縫延伸方向與梁縱向成45o-60o夾角,裂縫寬度一般在0.1-0.3m范圍內(nèi)。斜裂縫通常有數(shù)條,并大致平行,裂縫間距約為0.5-1.0m。 這類裂縫在較大荷載作用下,寬度會(huì)有所增大,但只要在斜裂縫的限定寬度之內(nèi),裂縫上下延伸長(zhǎng)度不會(huì)有較大變化。
  3.梁腹板1/2梁高處的表面裂縫
  這類裂縫是梁體混凝土不均勻收縮和車輛荷載作用的裂縫,以混凝土不均勻收縮為主。這類裂縫多見于鋼筋混凝土型梁腹板側(cè)面上,裂縫位于腹板1/2梁高處,裂縫下端往往達(dá)不到梁的受拉區(qū)邊緣,裂縫在腹板半梁高附近寬度較大,一般為0.2-0.6mm左右,裂縫間距無一定規(guī)律。
  4.梁(板)在主筋部位的水平縱向裂縫
  此類裂縫引起原因是施工不良,保護(hù)層薄及鋼筋銹蝕脹裂混凝土等。這類裂縫往往在主筋位置附近并順著主筋延伸的方向,其長(zhǎng)度有長(zhǎng)有短,此類裂縫對(duì)鋼筋混凝土梁(板)的危害較大,它破壞了鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用,可使鋼筋應(yīng)力驟增,以致突然破壞。
  5.梁腹板側(cè)面上網(wǎng)狀裂縫
  這類裂縫由于梁體混凝土內(nèi)外收縮不均勻引起的,是非荷載作用產(chǎn)生的裂縫。此類裂縫寬度一般很。0.01-0.05mm)分布與梁腹板表面上似一片片短網(wǎng),沒有一定規(guī)律。
  6.梁體在鋼板支座處的裂縫
  這類裂縫一般由于橋墩不均勻沉降或歪斜、以及混凝土局部承壓能力不夠,支座側(cè)斜或行車道板滑動(dòng)不能自如造成。裂縫由支座上墊板與混凝土交界處發(fā)生并斜向上發(fā)展,往往只有一條,最大寬度可達(dá)2mm,當(dāng)行車道板滑動(dòng)受到限制時(shí)將導(dǎo)致構(gòu)件斷角。
  四、預(yù)防混凝土行車道板裂縫的措施
  1.在設(shè)計(jì)階段,給行車道板增加一個(gè)儲(chǔ)備強(qiáng)度
  在設(shè)計(jì)過程中,所采用的荷截標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)適宜橋梁構(gòu)造物使用年限期間運(yùn)輸車輛的發(fā)展需要,并充分考慮車輛嚴(yán)重超載的現(xiàn)實(shí)情況,給設(shè)計(jì)荷載增加一個(gè)增長(zhǎng)系數(shù)。其次,在荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值并不一定能充分反映行車道板在實(shí)際使用過程中所承受的最大荷載,因?yàn)樽匀滑F(xiàn)實(shí)具有不可預(yù)見性,即使對(duì)各種荷載引入了荷載安全系數(shù),而當(dāng)可變荷載和偶然荷載作用時(shí),結(jié)構(gòu)物的破壞是短暫而嚴(yán)重的,因此,應(yīng)當(dāng)為混凝土行車道板的抗力附加一個(gè)儲(chǔ)備應(yīng)力。從而確保行車道板的抗力滿足,由于運(yùn)輸車輛噸位增加引起的行車荷載的增長(zhǎng)。如果在設(shè)計(jì)時(shí)給行車道板一個(gè)儲(chǔ)備強(qiáng)度,那么,橋梁的行車道板的裂縫將會(huì)減少。
  2.協(xié)調(diào)混凝土與抗拉鋼筋的應(yīng)變值
  在鋼筋混凝土構(gòu)件中,由于混凝土的極限拉應(yīng)變很小,其應(yīng)變值在0.10-0.15mm/米范圍內(nèi),當(dāng)應(yīng)力增加,應(yīng)變超過0.15mm時(shí),混凝土就出現(xiàn)裂縫,而鋼筋作為塑性材料,應(yīng)變值比較大,因此在混凝土行車道板構(gòu)件中,當(dāng)混凝土到達(dá)極限應(yīng)變狀態(tài)時(shí),而鋼筋只處于彈性變形階段,由于鋼筋彈性模量相對(duì)小于混凝土的彈性模量,因此,鋼筋的應(yīng)變值大于混凝土的應(yīng)變值,由此,在相同的外力作用下混凝土首先產(chǎn)生裂縫。
  3.減小行車道板的自重,采用輕型薄壁結(jié)構(gòu)
  充分利用混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能,架設(shè)輕型大跨徑的橋梁是橋梁建設(shè)發(fā)展的必然趨勢(shì),通過采用輕型薄壁結(jié)構(gòu),不但減少行車道板的自重,節(jié)省建筑原材料和吊裝設(shè)備,而且改善了行車道板的性能,減少構(gòu)件的裂縫。在不改變行車道板承載力的前提下,采用輕型薄壁結(jié)構(gòu)可以大大降低結(jié)構(gòu)的自重,減少裂縫的發(fā)生。
  4.在混凝土中加入鋼制纖維,提高混凝土的強(qiáng)度
  鋼制纖維主要用碳鋼加工制成的纖維,其幾何特征通常用長(zhǎng)徑比表示,一般纖維的直徑為0.25-0.75mm,長(zhǎng)度約為20-60mm,長(zhǎng)細(xì)比為40-100,鋼纖維的摻加量常以體積率表示,通常加量為0.5%-2%。鋼制纖維與混凝土拌和制成的復(fù)合材料,可以增強(qiáng)混凝土行車道板的抗彎拉強(qiáng)度和抗裂強(qiáng)度,當(dāng)混凝土強(qiáng)度增加時(shí),鋼制纖維體積率和長(zhǎng)細(xì)比也逐漸增加。通過加入鋼制纖維可以增強(qiáng)混凝土和鋼筋的粘結(jié)力,其抗拉強(qiáng)度與普通混凝土比較,其抗拉強(qiáng)度提高1.2-2倍,伸長(zhǎng)率提高2倍,從而極大改善混凝土與鋼筋應(yīng)變的差距,因此大大降低混凝土行車道板的裂縫。
  5.改善新拌和混凝土的工作性能
  在施工階段,由于受自然條件-溫度和風(fēng)速的影響,新拌和混凝土的水分蒸發(fā)引起混凝土坍落度的降低,為滿足混凝土施工性能需要而增加坍落度,將會(huì)引起游離態(tài)的水分過多,引起混凝土離析,在澆筑成型混凝土的強(qiáng)度硬化過程中,在構(gòu)件中就會(huì)出現(xiàn)某些部位粗骨料過多和水泥漿細(xì)集料過多,從而造成由于水化熱過大而引起應(yīng)力集中造成收縮產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象。而在粗骨料過多的部位產(chǎn)生粒子干涉引起混凝土構(gòu)件孔隙率較大降低混凝土與鋼筋的嚙合力。因此,改善新拌和混凝土性能也是減少行車道板裂縫的有效措施。首先,嚴(yán)把混凝土材料的質(zhì)量,合理的碎石級(jí)配,增加混凝土的密實(shí)度,嚴(yán)格控制集漿比、水灰比、沙率等種種措施。其次在混凝土中加入緩凝劑,通過延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間,使混凝土工作性能保持一定的時(shí)間,延長(zhǎng)放熱時(shí)間,從而調(diào)整混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度,消除由于混凝土硬化過程中由于收縮和徐變引起的應(yīng)力集中,確保減少混凝土行車道板的裂縫。
  五、混凝土行車道板裂縫的處理
  在混凝土構(gòu)件中,雖然裂縫小于0.05mm不影響其使用性能和構(gòu)件剛度,然而由于大于0.1mm的裂縫的出現(xiàn),受空氣濕度和降雨等自然條件的影響,引起混凝土構(gòu)件抗拉主鋼筋發(fā)生了銹蝕,由于鋼筋銹蝕產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致構(gòu)件的破壞,同時(shí)減小了的主抗拉鋼筋的橫截面面積,從而降低構(gòu)件的剛度,影響了行車道板的使用壽命。目前裂縫的處理方法一般多采用環(huán)氧樹脂材料。近年來,已開始采用炭纖維方法對(duì)橋梁裂縫進(jìn)行處理。以環(huán)氧樹脂處理梁板裂縫為例,材料有環(huán)氧樹脂、水泥、砂。通過抗壓試件抗壓強(qiáng)度的數(shù)據(jù)表明,其抗壓強(qiáng)度滿足行車道板的使用性能。
  施工方法,用鋼刷對(duì)行車道板裂縫左右10厘米的區(qū)域進(jìn)行刷麻,處理完畢后用特制的鋼纖將裂縫內(nèi)的塵灰鑿除,然后用毛刷清掃裂縫刷麻部分,涂刷丙酮以粘結(jié)混凝土與環(huán)氧樹脂膠泥。將人工拌制的環(huán)氧樹脂膠泥攪拌均勻后用扁鏟進(jìn)行填充,填充完30-60分鐘后,其強(qiáng)度就已達(dá)到設(shè)計(jì)值。通過此方法處理,有效地防止由于裂縫引發(fā)行車道板主拉鋼筋的銹蝕的發(fā)生,確保了行車道板的使用性能。
  六、結(jié)束語
  通過對(duì)橋梁行車道板裂縫成因的分析和裂縫發(fā)展趨勢(shì)的判斷,以及對(duì)其檢查與觀測(cè)來確定橋梁的使用質(zhì)量,對(duì)橋梁行車道板使用期間進(jìn)行有效的監(jiān)控,從而準(zhǔn)確而有效地判斷行車道板是否適應(yīng)現(xiàn)有交通運(yùn)輸狀況。通過橋梁行車道板的設(shè)計(jì)階段,施工階段予以改善和采取有效的措施,減少行車道板的裂縫,提高橋梁的使用壽命,充分發(fā)揮農(nóng)村公路的投資效益,確保為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供快速、便捷的交通運(yùn)輸通道,為全社會(huì)提供更好的交通環(huán)境。