浅谈桥梁裂缝产生的原因及防治措施

　　摘要:裂缝是桥梁工程中的通病,它的出现降低了结构的抗渗能力和耐久性,影响结构的使用功能及承载能力。为了确保大桥的安全,充分发挥其经济和使用价值,找出裂缝成因并提出相应的防治措施是十分必要的。
　　关键词：桥梁裂缝原因措施
　　前言：混凝土的裂缝普遍存在，在桥梁工程中裂缝几乎无所不在。尽管我们在施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍然时有出现。裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，影响建筑物的外观、使用寿命，严重的将威胁到人民的生命、财产安全。
　　一、裂缝分类
　　裂缝可以分为两类:1、由静荷载和动荷载的应力(包括次应力)所引起的裂缝,属于受力性裂缝,也称为结构性裂缝,主要是由于结构承载力不够引起,是强度不足的征兆,潜藏着结构的危险性。2、由于变形引起的裂缝,属于非受力性裂缝,也称非结构性裂缝,主要是由于结构构件内部自身应力形成。据国内外的调查资料,工程实践中结构物的裂缝原因,属于变形(温度、收缩、不均匀沉陷)引起的约占80%以上;属于荷载引起的约占20%左右。
　　二、裂缝产生的原因
　　（一）原材料的影响：
　　混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂按一定比例配合组成。混凝土所采用材料的质量不合格，可能导致结构出现裂缝。
　　1、粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。砂石含泥量超过规定，不仅降低混凝土的强度和抗渗性，还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。
　　2、拌和用水及外加剂拌和用水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。
　　3、水泥品种原因，水泥等级及混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。
　　（二）混凝土化学反应的影响：
　　1、混凝土的收缩，混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
　　2、水泥水化热的影响。水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m3～550Kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17500KJ～27500KJ的热量，从而使混凝土内部升高。（可达70℃左右，甚至更高）。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
　　（三）温度及外部环境的影响：
　　混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。引起温度变化主要因素有：
　　1、日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。
　　2、外界气温的变化对混凝土裂缝的产生有很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。外界温度低则会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。
　　3、水化热。大体积混凝土（厚度超过2.0米）浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。
　　4、预制T梁之间横隔板安装时，支座预埋钢板与调平钢板焊接时，若焊接措施不当，铁件附近混凝土容易烧伤开裂。采用电热张拉法张拉预应力构件时，预应力钢材温度可升高至350℃，混凝土构件也容易开裂。
　　5、冻胀引起的裂缝。大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀，因而使混凝土强度降低，并导致裂缝出现。冬季施工时，采用电气加热法、暖棚法、地下蓄热法、蒸汽加热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂（但氯盐不宜使用），可保证混凝土在低温或负温条件下硬化。
　　（四）施工的影响：
　　1、混凝土施工过分振捣，模板、垫层过于干燥，易形成凝缩裂缝。
　　2、混凝土浇捣后，过分抹干压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面，形成含水量很大的水泥浆层，水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙，引起表面体积碳水化收缩，导致混凝土板表面龟裂。
　　3、钢筋锈蚀引起的裂缝。
　　4、混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。
　　（五）地基础变形引起的裂缝
　　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，导致结构构件产生裂缝。
　　三、裂缝的防治措施
　　为防止混凝土裂缝的产生，主要控制要点：原材料质量控制、混凝土配合比中最大水泥用量控制、施工过程控制及混凝土养护控制。具体控制措施：
　　1、加强对工程技术人员责任心教育，提高他们的专业知识和管理水平，对所有参建者进行防治混凝土裂缝技术交底，使他们熟悉掌握控制要点，从提高人的质量意识来预防控制。
　　2、进一步落实质量保证体系，落实质量管理责任制，从制度管理上进行预防控制。
　　3、从原材料质量控制入手，防治混凝土裂缝的产生：
　　（1）水泥必须符合现行国家标准，根据设计的混凝土强度要求，选用收缩小、和易性好的水泥强度等级。
　　（2）粗骨料应选用坚硬、有害物质含量低、连续级配的碎石，使粒径分布尽可能达到密实填充。
　　（3）细骨料应选用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净、粒径小于5mm，且杂质含量小的中粗砂。
　　（4）拌和用水不应含有影响水泥正常凝结和硬化的有害杂质或油脂、糖类及游离酸类等，城市施工一般应用自来水。
　　（5）混合材料的粉煤灰的细度、烧失量、含水量、三氧化硫含量等指标必须符合（GBJ1596-91）的有关标准规定。
　　（6）外加剂应符合《混凝土外加剂》（GB8076）的有关规定，通过试验、技术、经济比较来确定外加剂的使用品种。外加剂的加入，它不仅能使混凝土的和易性有明显改善，同时又可减少10％左右的拌和用水。
　　该工程提供的混凝土全部为商品混凝土，水泥由杭州市材料采购中心供应，为控制混凝土质量，我们除经常与采购中心沟通外，项目部质检、试验人员会同监理经常地、不定期地去商品混凝土厂家对原材料进行取样、抽检，严把材料关，努力做到从源头上进行控制。
　　4、优化混凝土配合比设计，严格控制最大水泥用量。混凝土配合比设计是防止产生裂缝的关键，设计中应根据设计强度等级、考虑材料质量可能的波动及施工条件的差异、变化而计算确定，配合比应严格控制最大水泥用量、坍落度、水灰比及掺加外加剂，根据施工现场砂石实际含水率变化，及时调整施工配合比，以优化的混凝土配合比，来减少水泥的水化热，有效地防止其因温度裂变而产生的裂缝。
　　5、施工过程的控制：
　　（1）加强钢筋施工质量控制，钢筋间距应均匀，合理布置钢筋接头位置，保护层采用统一垫块，垫块位置、间距应合理，并有效固定，应根据负筋直径设置足够的钢筋马蹬，以防止负筋踩下不能上提复位。
　　（2）加强支架、模板专项方案审核，支架、模板应满足刚度、强度、稳定性要求，模板接缝严密，不准漏浆。
　　（3）在浇筑立柱、箱梁顶腹板、桥面铺装混凝土前，在侧模、顶板等一切可能做标记的位置标出标高点，以确保混凝土截面高度及平整度。
　　（4）浇筑混凝土前，应对支架、模板、钢筋、预埋件认真进行检查，符合设计要求后方可浇筑。同时应检查混凝土的均匀性和坍落度。
　　浇筑混凝土期间，应设专人检查支架、模板、钢筋等稳固情况，当发现有松动、变形、移位时，应及时处理。
　　（5）自高处向模板内倾卸混凝土其高度超过2.0m以上时，应通过串筒、溜管、溜槽等设施下落，以防止混凝土离析。
　　（6）规范混凝土浇筑施工工艺，混凝土应按一定厚度、顺序和方向分层浇筑，应在下层混凝土初凝或能重塑前浇筑完成上层混凝土。上下层同时浇筑时，层间前后浇筑距离应保持1.5m以上。对每一振动部位，必须振动到该部位混凝土密实为止，密实标志是混凝土停止下沉、不再冒出气泡、表面呈现平坦、泛浆，做到不漏振、不过振。在初凝后、终凝前应对混凝土裸露面及时进行修理、抺平、压实，并用铁抹子压抹三遍，再后根据要求将表面拉毛，以增强混凝土密实度，减少收缩裂缝出现。
　　施工中加强对钢筋、模板的质量控制检查，确保结构钢筋位置，防止发生应力裂缝。
　　（7）严格控制拆模时间，为防止混凝土内部约束引起的表面温度裂缝，采用控制混凝土表面与外界或内部的温差的方法，当混凝土与外界温差较大时，采用保温养护，适当延长拆模时间，使温差控制在25°C以内以防产生裂缝。
　　正确掌握拆模方法，避免拆模敲击、振动出现裂缝。
　　（8）掺加外加剂。避免降温与干缩共同作用，导致应力叠加，在混凝土中掺加水泥用量5～10％的混凝土微膨胀剂，以抵消由于干缩和降温引起的混凝土收缩而产生的开裂。
　　（9）加强混凝土的初期保湿养护。养护是混凝土浇筑成型后，使其表面维持适当的温度和湿度，保证内部充分水化，促进强度不断增长的重要环节，对于混凝土质量有很大影响。为此，混凝土浇筑完成收浆后，裸露表面应及时予以覆盖及洒水，做好混凝土的保温、保湿养护，缓慢降温削减温度应力，养护时间一般混凝土不得少于7d，掺外加剂或有抗渗要求的不得少于14d。本工程承台采用基坑回填洒水养护；墩柱采用塑料薄膜包裹，密封保水方法，延缓表面水分蒸发的办法进行养护；箱梁及桥面铺装我们专购了混凝土专用养护布覆盖洒水保温、保湿养护。
　　（10）施工时间尽量避开高温时间段，当需连续施工时，高温施工需对粗、细骨料堆放场设置遮阳棚，或冷水降温，以降低混凝土拌合温度。
　　（11）严格控制施工荷载，在混凝土强度达到2.5Mpa前，不得使其承受行人、运输工具、模板及脚手架等荷载，施工荷载应尽可能分散，避免混凝土强度未到因堆载不当而产生裂缝。
　　（12）严格控制施工缝的留置，尽量保证混凝土浇筑的连续性和整体性。
　　由于本工程在混凝土施工中采取了上述系列措施，对防治桥梁工程混凝土裂缝收到了较好的效果。
　　四、结语
　　桥梁裂缝产生的原因复杂、种类繁多，如果不对裂缝进行系统全面的分析和研究，就很难提示出桥梁病害产生的内涵和机理。因此，对桥梁裂缝的分析和研究不仅阐明了裂缝形成机理、裂缝危害性评定等问题，还直接为今后桥梁病害的综合治理提供技术前提和决策依据，这正是桥梁裂缝分析和研究的目的。虽然目前桥梁结构存在的裂缝问题比较普遍，但是只要在设计和施工中能认识到桥梁结构常规裂缝机理，同时采取相应的一些桥梁结构裂缝加固处理技术，裂缝问题是可以减少甚至可以避免的。