橋梁混凝土裂縫防治探討

　　摘要；橋梁混凝土裂縫是工程技術(shù)人員和工程維護人員的常見問題，工程的破壞、壽命減少和倒塌大多是由裂縫擴展開始。所以在施工中混凝土裂縫防治非常重要。

　　關(guān)健詞；混凝土，裂縫產(chǎn)生，防治

　　混凝土的裂縫是由于混凝土內(nèi)部應(yīng)力作用和外部荷載作用，以及溫差、干縮變化等因素作用下形成的，而且形態(tài)各異，根據(jù)其主導(dǎo)原因，分為兩大類：非結(jié)構(gòu)性裂縫、結(jié)構(gòu)性裂縫。非結(jié)構(gòu)裂縫常見的有沉縮裂縫、溫度裂縫、干縮裂縫、化學(xué)作用裂縫；結(jié)構(gòu)性裂縫常見的有應(yīng)力裂縫和施工處理不當(dāng)?shù)纫蛩匾�起裂縫。

　　一、沉縮裂縫

　　此類裂縫危害是減少鋼筋的混凝土保護層厚度，加速鋼筋的銹蝕，原因主要是鋼筋上方與其周圍不同的收縮下沉產(chǎn)生。與混凝土的原材料、配合比、坍落度、澆注的高度、澆注的速度、模板粗糙程度、干燥程度、鋼筋密度、振搗密實度等有關(guān)。

　　在施工中為預(yù)防此類裂縫常采取的措施：

　�。�1）嚴格控制混凝土的材料、水灰比。

　　（2）振搗密實，不能出現(xiàn)露振和過振。

　　機械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時間應(yīng)根據(jù)機械性能決定，一般以5-15s/次為宜。

　　在混凝土澆注1-2小時后，對混凝土進行二次振搗，表面拍打、振密。箱梁及T梁應(yīng)澆到翼板根部時停一段時間，待梁身混凝土泌水沉降完成后，再繼續(xù)澆注翼板這層混凝土。

　�。�3）混凝土凝固時間不宜過短，下料不宜過快，并根據(jù)天氣情況采取緩凝措施。

　　（4）摻入減水劑和適量粉煤灰，以減少沉降和收縮。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小

　�。�5）針對施工外界環(huán)境，采取措施避免水分劇烈蒸發(fā)。大氣中濕度小、空氣干燥、溫度高、風(fēng)速大，則混凝土水分蒸發(fā)快，混凝土收縮越快。

　　二、塑性干燥及收縮裂縫

　　混凝土澆注4小時以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時，便產(chǎn)生裂縫。這種裂縫在工程中比較常見，出現(xiàn)在混凝土表面，形狀很不規(guī)則，長短不一，互不連貫。施工中采取二次收漿的辦法減少它。

　�。�1）嚴格控制水灰比及水泥用量，選用較大砂率和級配良好的石料。

　　（2）避免混凝土自身與外界相差過大，做好養(yǎng)護。良好的養(yǎng)護可加速混凝土的水化反應(yīng)，獲得較高的混凝土強度。養(yǎng)護時保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護時間越長，則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護方式比自然養(yǎng)護方式混凝土收縮要小。

　�。�3）設(shè)置風(fēng)檔，高溫下風(fēng)大施工時做到及早噴水養(yǎng)護。

　　（4）混凝土澆注前，將基層和模板充分澆水濕透；澆注后，發(fā)現(xiàn)微細裂縫及時壓抹一次。

　�。�5）裂縫形成后，對現(xiàn)澆梁，在表面抹一層薄砂漿封閉裂縫，保護鋼筋；預(yù)制件，可在裂縫表面，涂環(huán)氧膠泥或粘環(huán)氧玻璃布，封閉處理。

　　三、長期干縮裂縫

　　此類裂縫為表面性裂縫，寬度在0.05-0.2MM，走向為縱橫交錯，沒有規(guī)律性，整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中，多半發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處，平面裂縫多半延伸到變截面部位或塊體邊緣，預(yù)制構(gòu)件多產(chǎn)生在箍筋位置。此類裂縫的危害：較嚴重開裂時，影響混凝土的外觀質(zhì)量，會引起混凝土表層剝落。預(yù)防措施有以下點：

　　（1） 水泥用量、水灰比、砂率不能過大采用；減少混凝土單位用水量。

　�。�2）板面混凝土初凝后，終凝前進行二次抹光，減少收縮量。

　�。�3）摻用膨脹劑如UEA，摻用優(yōu)質(zhì)粉煤灰。

　�。�4）注意早期的合理養(yǎng)護。

　　四、溫度裂縫

　　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)隨著溫度變化會產(chǎn)生熱脹冷縮變形，當(dāng)此變形受到約束，在混凝土內(nèi)部即會產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時，會出現(xiàn)此裂縫，溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。按結(jié)構(gòu)的溫度場不同，溫度變形，溫度應(yīng)力不同，此裂縫分三種類型。

　　（1）截面均勻溫差裂縫

　　隨溫度變化，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱脹冷縮變形，其值為

　　ΔL=L（T2-T1）α

　　其中：ΔL------鋼筋混凝土構(gòu)件的變形值；L------構(gòu)件的長度

　　T2-T1------溫度變化值；α-------材料線膨脹系數(shù)�；炷�土為10×10-6

　　當(dāng)混凝土梁體受到約束時，變形受到約束，會產(chǎn)生溫度應(yīng)力

　　σt=EcΔT/L=Ec（T2-T1）α

　　當(dāng)σt>σl，混凝土?xí)�開裂，此時梁端實際變位：δ1=ΔL-δ2=L（T2-T1）α-σxL/Ec

　　其中σx為梁端約束力。

　　對橋梁結(jié)構(gòu)，常采取通過橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施減少此類裂縫。

　�。�2）截面上下溫差裂縫

　　在超靜定梁中，日照、驟然降溫等影響，構(gòu)件上下表面產(chǎn)生溫度差，線性變化的溫度梯度，不但引起結(jié)構(gòu)的位移，而且多余約束存在，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度，混凝土產(chǎn)生裂縫。

　　N=αEA/h[（T2U-T1）YL+（T2L-T1）YU]

　　M=αEI/h（T2L-T2U）

　　其中N-----軸向溫度應(yīng)力；M----溫度彎矩；T1----梁截面原始均勻溫度；T2L；T2U----梁截面上、下邊緣的實測溫度；YU；YL----梁截面上、下邊緣與截面中性軸的距離；H---梁截面高度；H=YU+YL；I---梁截面慣性矩；A----梁截面積；E----彈性模量。

　�。�3）截面內(nèi)外溫差裂縫

　　水泥水化過程中產(chǎn)生一定的水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，達到較高溫度，而表面散熱較快，使截面內(nèi)外產(chǎn)生非線性溫差，產(chǎn)生應(yīng)力。

　　σt=σs°+σs¹

　　其中σs°----溫度自應(yīng)力；σs¹---溫度約束應(yīng)力。

　　溫度裂縫的特點有：多發(fā)生在板上，多為貫穿裂縫；發(fā)生在梁上時，多為表面裂縫，一般與短邊方向平行；對大面積結(jié)構(gòu)，裂縫多是縱橫交錯，裂縫寬度大小不一，一般在0.5MM以下，沿結(jié)構(gòu)全長沒有多大變化；裂縫寬度受溫度變化影響較明顯，冬寬夏細；裂縫多發(fā)生在施工期間，沿斷面高度呈上寬下窄狀，個別有下寬上窄狀，當(dāng)遇上下邊緣配筋較多結(jié)構(gòu)，也出現(xiàn)中間寬兩端窄的形狀。溫度裂縫發(fā)生前會發(fā)出斷弦、斷索似的聲音。

　　溫度裂縫不僅影響混凝土外觀質(zhì)量，嚴重時破壞結(jié)構(gòu)整體性，加速鋼筋銹蝕，降低混凝土的抗凍性及耐久性。常見的采取的預(yù)防措施：

　�。�1）設(shè)置溫度伸縮縫。如橋面伸縮縫、支座位移等。

　�。�2）降低混凝土的澆注溫度，如采用降低骨料的溫度，或加冰水、或澆注安排在夜間最低溫度時、或采取有效措施減少混凝土的溫度回升、或用液態(tài)氮降低混凝土的溫度等。

　　（3）降低水泥的水化熱的溫升。如選用水化熱小和收縮小的水泥（礦渣水泥、粉煤灰水泥）、選用級配良好的骨料，并嚴格控制砂、石子的含泥量。降低水灰比，合理使用減水劑，加強振搗。

　　（4）加快澆注后混凝土的散熱，如使用鋼模板、或分層澆注混凝土，每層厚度不大于30CM，或在大體積混凝土中，預(yù)埋或利用一些管、孔道，通過冷水或冷風(fēng)來降溫。

　�。�5）降低欲澆注混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物的外部約束。如減小澆注體長度或厚度，分塊厚1.5—2米，平面方向每塊截面積不小于50M2，塊與塊豎向接縫面與截面積短邊平行，垂直其長邊，跳塊澆注；上下鄰層混凝土豎向接縫錯開位置成企口；減少約束體體積；改善交界面狀況。

　　（6）加強澆注混凝土的表面保護。如澆注后表面應(yīng)及時用草簾、草袋、砂、鋸末等覆蓋，并灑水養(yǎng)護或蓄水養(yǎng)護，夏季延長養(yǎng)護時間，冬季采取保溫措施，適當(dāng)延長拆模時間。

　　（7）蒸汽養(yǎng)護構(gòu)件時，嚴格控制升溫速度不大于10--15℃/H，降溫不大于15℃/H。

　�。�8）設(shè)置控制縫或后澆帶。

　　五、施工因素產(chǎn)生的裂縫

　　（1）施工材料的影響

　　水泥安定性不合格、水泥強度不足、水泥含堿量較高；砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大；砂石中云母的含量較高；砂石中含泥量高；砂石中有機質(zhì)和輕物質(zhì)過多；拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高等均可引起混凝土產(chǎn)生不同的裂縫。

　�。�2）施工工藝等影響

　　2-1橋臺間填土不實，含水量大，臺后排水不良及模板支撐發(fā)生下沉或晃動原因，容易引起U形橋臺，翼墻與前墻連接處開裂；耳墻式橋臺，在耳墻與雉墻連接處出現(xiàn)豎向裂縫。

　　2-2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(xiàn)裂縫，如橋墩，尤其高墩，由于施工縫處混凝土抗拉強度低于設(shè)計要求，容易在活載作用下，邊緣產(chǎn)生超過設(shè)計拉應(yīng)力的水平裂縫。

　　2-3由于支架、拱架、模板發(fā)生不均勻沉陷，在現(xiàn)澆混凝土上產(chǎn)生裂縫。

　　2-4連續(xù)梁混凝土，由于模板和支架因施工過程中重量分布的變化發(fā)生撓度變化，造成最先澆注的混凝土發(fā)生裂縫形成缺陷。

　　2-5預(yù)制構(gòu)件中模板隔離劑失效，混凝土與模板粘連，起吊模板時，構(gòu)件受力不均或受扭，出現(xiàn)縱向斜向裂縫。

　　2-6構(gòu)件堆放、運輸時，支撐墊木不在一條豎直線上或運輸時構(gòu)件懸挑過長或吊點位置不對或構(gòu)件側(cè)向剛度較差，吊裝時沒有采取臨時加固措施，造成混凝土開裂。

　　2-7安裝順序不正確，對產(chǎn)生的后果認識不足，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。

　　2-8混凝土保護層過厚或薄、混凝土振搗不密實、不均勻；施工時拆模過早等產(chǎn)生的裂縫。

　�。�3）由以上施工原因引起的裂縫，在施工中采取如下預(yù)防措施：

　　3-1施工中采取的材料經(jīng)試驗合格，滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

　　3-2要做好模板、支架、拱架各支撐處基礎(chǔ)和地基處理，確保其不發(fā)生沉降、移位等變形。

　　3-3耳墻式橋臺、U型橋臺，要控制其間填土的土質(zhì)、含水量及密實度，做好橋臺的防水和排水設(shè)施，防止填土過濕及受凍。

　　3-4橋墩混凝土或大體積混凝土澆筑中，要按要求及技術(shù)規(guī)程，對不可避免的施工縫，要清除浮漿，沖洗待澆面并鋪水泥漿，后在繼續(xù)澆混凝土。施工中盡量不留施工縫。

　　3-5預(yù)先設(shè)計好澆注順序和分區(qū)，澆注時嚴格按順序進行，并在混凝土中摻入緩凝劑，調(diào)整硬化開始時間，為防止發(fā)生裂縫，可最先澆注會產(chǎn)生最大撓度的混凝土，最后澆注容易產(chǎn)生裂紋的中間支點混凝土。

　　3-6預(yù)制構(gòu)件模板應(yīng)涂隔離劑并保持澆注前有效，構(gòu)件起模前用千斤頂均勻松動，后再平穩(wěn)脫模。

　　3-7構(gòu)件堆放，按其受力特點設(shè)墊塊，重疊堆放，墊塊應(yīng)在一條直線上，板、柱等正反相同的構(gòu)件應(yīng)做好標志，避免放反損壞；運輸中，應(yīng)在構(gòu)件間設(shè)墊木并互相綁牢，防止晃、撞。

　　3-8吊裝時，按規(guī)定設(shè)吊點。對側(cè)向剛度差的構(gòu)件如預(yù)制空心箱梁，要有橫向加固，并設(shè)牽引繩，防止吊中晃。

　　3-9施工中嚴格按施工規(guī)范和設(shè)計要求進行。

　　六、結(jié)構(gòu)性裂縫

　�。�1）設(shè)計原因為主的裂縫

　　1-1鋼筋錨固長度不夠產(chǎn)生裂縫。受拉鋼筋必須有足夠的錨固長度，否則會產(chǎn)生鋼筋滑移裂縫，因此設(shè)計應(yīng)使鋼筋伸到最大應(yīng)力處，懸臂結(jié)構(gòu)的頂部鋼筋應(yīng)伸出反彎點以外。

　　1-2計算簡圖與實際受力不符引起開裂。在設(shè)計圖紙時，要做好簡化模型。

　　1-3計算錯誤，構(gòu)造不當(dāng)引起的變形開裂。

　　1-4構(gòu)件剛度不足引起開裂。

　　1-5結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起開裂。

　�。�2）使用原因為主的裂縫

　　主要包括改變建筑結(jié)構(gòu)使用條件，在建筑結(jié)構(gòu)上任意鑿孔洞、溝槽。任意加層，年久失修等因素引起。

　�。�3）其他原因引起的裂縫

　　主要包括高溫使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂脫皮，強度降低、鋼筋腐蝕、火災(zāi)地震等原因。

　　綜上所述，對不同原因的裂縫采取不同的有針對性預(yù)防措施，就可減少或防止裂縫的發(fā)生和擴展。但當(dāng)裂縫出現(xiàn)后，并不可怕，要經(jīng)過認真分析，查找原因，當(dāng)裂縫不是危及結(jié)構(gòu)或構(gòu)件安全、設(shè)計同意下，可以進行裂縫修補。

　　1、裂縫修補材料要求

　�。�1）當(dāng)采用化學(xué)灌漿材料時，要求漿液的粘度小，可灌性好，漿液固化后的收縮性小，抗?jié)B性好，其抗壓、抗拉強度高，有較高的粘結(jié)強度，要求漿液為無毒或低毒材料，漿液固化時間可以調(diào)節(jié)。

　�。�2）化學(xué)灌漿主要采用環(huán)氧樹脂和甲基丙烯酸脂類。其中環(huán)氧樹脂漿液配比（重量比）：環(huán)氧樹脂：丙酮：乙二胺=100：20：15；甲基丙烯酸脂類漿液配比（重量比）：甲基丙烯酸甲脂：醋酸乙烯：過氧化二苯甲酰：對甲苯亞磺酸：二甲基本胺=100：18：1.5：1：1

　　（3）水泥漿和水泥砂漿有時也用于裂縫修補，但需做試配，并檢驗其抗壓、抗拉、抗彎強度。

　　2、裂縫修補方法及規(guī)定

　　對靜止裂縫，當(dāng)裂縫寬度小于0.3MM時，裂縫淺而細且條數(shù)多時，宜用環(huán)氧樹脂漿液或水泥漿液進行表面封閉；當(dāng)裂縫細而深時，宜用甲基丙烯酸脂類漿液或低粘度環(huán)氧樹脂漿液灌注；當(dāng)裂縫寬度大于或等于0.3MM時，宜用環(huán)氧樹脂漿液灌注；當(dāng)裂縫寬度大于1.0MM時，可用微膨脹水泥漿修補，修補前應(yīng)在裂縫表面涂刷一層水泥漿界面劑。

　　對于活動裂縫，即處于繼續(xù)開展而未穩(wěn)定的裂縫，應(yīng)在分析并控制裂縫開展使其穩(wěn)定后，方可按上述方法修補。

　　3、裂縫修補的施工

　　用灌漿法修補裂縫，其原理是將裂縫構(gòu)成一個密閉性空腔，有控制的預(yù)留進出口，借用專用灌漿泵將漿液壓入縫隙，并使之填注密實。施工的工藝流程：裂縫處理---埋設(shè)灌漿嘴、盒、管---封縫---密封檢查---配制漿液---灌漿---封口結(jié)束---檢查。

　　從裂縫的產(chǎn)生到發(fā)現(xiàn)、分析原因、采取措施治理，我們可以得到在橋梁施工中，預(yù)先采取措施可以預(yù)防裂縫的出現(xiàn)。但也要認識到裂縫的發(fā)生并不可怕，對發(fā)現(xiàn)的裂縫不應(yīng)隱埋，要經(jīng)過認真分析和探討后，采取有效的辦法去解決，對分析不可靠的裂縫，該報廢的就應(yīng)報廢，對質(zhì)量問題絕對不能馬虎。