桥梁混凝土裂缝防治探讨

　　摘要；桥梁混凝土裂缝是工程技术人员和工程维护人员的常见问题，工程的破坏、寿命减少和倒塌大多是由裂缝扩展开始。所以在施工中混凝土裂缝防治非常重要。
　　关健词；混凝土，裂缝产生，防治
　　混凝土的裂缝是由于混凝土内部应力作用和外部荷载作用，以及温差、干缩变化等因素作用下形成的，而且形态各异，根据其主导原因，分为两大类：非结构性裂缝、结构性裂缝。非结构裂缝常见的有沉缩裂缝、温度裂缝、干缩裂缝、化学作用裂缝；结构性裂缝常见的有应力裂缝和施工处理不当等因素引起裂缝。
　　一、沉缩裂缝
　　此类裂缝危害是减少钢筋的混凝土保护层厚度，加速钢筋的锈蚀，原因主要是钢筋上方与其周围不同的收缩下沉产生。与混凝土的原材料、配合比、坍落度、浇注的高度、浇注的速度、模板粗糙程度、干燥程度、钢筋密度、振捣密实度等有关。
　　在施工中为预防此类裂缝常采取的措施：
　　（1）严格控制混凝土的材料、水灰比。
　　（2）振捣密实，不能出现露振和过振。
　　机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定，一般以5-15s/次为宜。
　　在混凝土浇注1-2小时后，对混凝土进行二次振捣，表面拍打、振密。箱梁及T梁应浇到翼板根部时停一段时间，待梁身混凝土泌水沉降完成后，再继续浇注翼板这层混凝土。
　　（3）混凝土凝固时间不宜过短，下料不宜过快，并根据天气情况采取缓凝措施。
　　（4）掺入减水剂和适量粉煤灰，以减少沉降和收缩。外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小
　　（5）针对施工外界环境，采取措施避免水分剧烈蒸发。大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。
　　二、塑性干燥及收缩裂缝
　　混凝土浇注4小时以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生裂缝。这种裂缝在工程中比较常见，出现在混凝土表面，形状很不规则，长短不一，互不连贯。施工中采取二次收浆的办法减少它。
　　（1）严格控制水灰比及水泥用量，选用较大砂率和级配良好的石料。
　　（2）避免混凝土自身与外界相差过大，做好养护。良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。
　　（3）设置风档，高温下风大施工时做到及早喷水养护。
　　（4）混凝土浇注前，将基层和模板充分浇水湿透；浇注后，发现微细裂缝及时压抹一次。
　　（5）裂缝形成后，对现浇梁，在表面抹一层薄砂浆封闭裂缝，保护钢筋；预制件，可在裂缝表面，涂环氧胶泥或粘环氧玻璃布，封闭处理。
　　三、长期干缩裂缝
　　此类裂缝为表面性裂缝，宽度在0.05-0.2MM，走向为纵横交错，没有规律性，整体现浇结构中，多半发生在结构变截面处，平面裂缝多半延伸到变截面部位或块体边缘，预制构件多产生在箍筋位置。此类裂缝的危害：较严重开裂时，影响混凝土的外观质量，会引起混凝土表层剥落。预防措施有以下点：
　　（1） 水泥用量、水灰比、砂率不能过大采用；减少混凝土单位用水量。
　　（2）板面混凝土初凝后，终凝前进行二次抹光，减少收缩量。
　　（3）掺用膨胀剂如UEA，掺用优质粉煤灰。
　　（4）注意早期的合理养护。
　　四、温度裂缝
　　钢筋混凝土结构随着温度变化会产生热胀冷缩变形，当此变形受到约束，在混凝土内部即会产生应力，当此应力超过混凝土抗拉强度时，会出现此裂缝，温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。按结构的温度场不同，温度变形，温度应力不同，此裂缝分三种类型。
　　（1）截面均匀温差裂缝
　　随温度变化，混凝土结构产生热胀冷缩变形，其值为
　　ΔL=L（T2-T1）α
　　其中：ΔL------钢筋混凝土构件的变形值；L------构件的长度
　　T2-T1------温度变化值；α-------材料线膨胀系数。混凝土为10×10-6
　　当混凝土梁体受到约束时，变形受到约束，会产生温度应力
　　σt=EcΔT/L=Ec（T2-T1）α
　　当σt>σl，混凝土会开裂，此时梁端实际变位：δ1=ΔL-δ2=L（T2-T1）α-σxL/Ec
　　其中σx为梁端约束力。
　　对桥梁结构，常采取通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施减少此类裂缝。
　　（2）截面上下温差裂缝
　　在超静定梁中，日照、骤然降温等影响，构件上下表面产生温度差，线性变化的温度梯度，不但引起结构的位移，而且多余约束存在，从而产生结构内温度应力，当此应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土产生裂缝。
　　N=αEA/h[（T2U-T1）YL+（T2L-T1）YU]
　　M=αEI/h（T2L-T2U）
　　其中N-----轴向温度应力；M----温度弯矩；T1----梁截面原始均匀温度；T2L；T2U----梁截面上、下边缘的实测温度；YU；YL----梁截面上、下边缘与截面中性轴的距离；H---梁截面高度；H=YU+YL；I---梁截面惯性矩；A----梁截面积；E----弹性模量。
　　（3）截面内外温差裂缝
　　水泥水化过程中产生一定的水化热，内部温度不断上升，达到较高温度，而表面散热较快，使截面内外产生非线性温差，产生应力。
　　σt=σs°+σs¹
　　其中σs°----温度自应力；σs¹---温度约束应力。
　　温度裂缝的特点有：多发生在板上，多为贯穿裂缝；发生在梁上时，多为表面裂缝，一般与短边方向平行；对大面积结构，裂缝多是纵横交错，裂缝宽度大小不一，一般在0.5MM以下，沿结构全长没有多大变化；裂缝宽度受温度变化影响较明显，冬宽夏细；裂缝多发生在施工期间，沿断面高度呈上宽下窄状，个别有下宽上窄状，当遇上下边缘配筋较多结构，也出现中间宽两端窄的形状。温度裂缝发生前会发出断弦、断索似的声音。
　　温度裂缝不仅影响混凝土外观质量，严重时破坏结构整体性，加速钢筋锈蚀，降低混凝土的抗冻性及耐久性。常见的采取的预防措施：
　　（1）设置温度伸缩缝。如桥面伸缩缝、支座位移等。
　　（2）降低混凝土的浇注温度，如采用降低骨料的温度，或加冰水、或浇注安排在夜间最低温度时、或采取有效措施减少混凝土的温度回升、或用液态氮降低混凝土的温度等。
　　（3）降低水泥的水化热的温升。如选用水化热小和收缩小的水泥（矿渣水泥、粉煤灰水泥）、选用级配良好的骨料，并严格控制砂、石子的含泥量。降低水灰比，合理使用减水剂，加强振捣。
　　（4）加快浇注后混凝土的散热，如使用钢模板、或分层浇注混凝土，每层厚度不大于30CM，或在大体积混凝土中，预埋或利用一些管、孔道，通过冷水或冷风来降温。
　　（5）降低欲浇注混凝土结构或构筑物的外部约束。如减小浇注体长度或厚度，分块厚1.5—2米，平面方向每块截面积不小于50M2，块与块竖向接缝面与截面积短边平行，垂直其长边，跳块浇注；上下邻层混凝土竖向接缝错开位置成企口；减少约束体体积；改善交界面状况。
　　（6）加强浇注混凝土的表面保护。如浇注后表面应及时用草帘、草袋、砂、锯末等覆盖，并洒水养护或蓄水养护，夏季延长养护时间，冬季采取保温措施，适当延长拆模时间。
　　（7）蒸汽养护构件时，严格控制升温速度不大于10--15℃/H，降温不大于15℃/H。
　　（8）设置控制缝或后浇带。
　　五、施工因素产生的裂缝
　　（1）施工材料的影响
　　水泥安定性不合格、水泥强度不足、水泥含碱量较高；砂石粒径太小、级配不良、空隙率大；砂石中云母的含量较高；砂石中含泥量高；砂石中有机质和轻物质过多；拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高等均可引起混凝土产生不同的裂缝。
　　（2）施工工艺等影响
　　2-1桥台间填土不实，含水量大，台后排水不良及模板支撑发生下沉或晃动原因，容易引起U形桥台，翼墙与前墙连接处开裂；耳墙式桥台，在耳墙与雉墙连接处出现竖向裂缝。
　　2-2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，如桥墩，尤其高墩，由于施工缝处混凝土抗拉强度低于设计要求，容易在活载作用下，边缘产生超过设计拉应力的水平裂缝。
　　2-3由于支架、拱架、模板发生不均匀沉陷，在现浇混凝土上产生裂缝。
　　2-4连续梁混凝土，由于模板和支架因施工过程中重量分布的变化发生挠度变化，造成最先浇注的混凝土发生裂缝形成缺陷。
　　2-5预制构件中模板隔离剂失效，混凝土与模板粘连，起吊模板时，构件受力不均或受扭，出现纵向斜向裂缝。
　　2-6构件堆放、运输时，支撑垫木不在一条竖直线上或运输时构件悬挑过长或吊点位置不对或构件侧向刚度较差，吊装时没有采取临时加固措施，造成混凝土开裂。
　　2-7安装顺序不正确，对产生的后果认识不足，导致产生裂缝。
　　2-8混凝土保护层过厚或薄、混凝土振捣不密实、不均匀；施工时拆模过早等产生的裂缝。
　　（3）由以上施工原因引起的裂缝，在施工中采取如下预防措施：
　　3-1施工中采取的材料经试验合格，满足设计和规范要求。
　　3-2要做好模板、支架、拱架各支撑处基础和地基处理，确保其不发生沉降、移位等变形。
　　3-3耳墙式桥台、U型桥台，要控制其间填土的土质、含水量及密实度，做好桥台的防水和排水设施，防止填土过湿及受冻。
　　3-4桥墩混凝土或大体积混凝土浇筑中，要按要求及技术规程，对不可避免的施工缝，要清除浮浆，冲洗待浇面并铺水泥浆，后在继续浇混凝土。施工中尽量不留施工缝。
　　3-5预先设计好浇注顺序和分区，浇注时严格按顺序进行，并在混凝土中掺入缓凝剂，调整硬化开始时间，为防止发生裂缝，可最先浇注会产生最大挠度的混凝土，最后浇注容易产生裂纹的中间支点混凝土。
　　3-6预制构件模板应涂隔离剂并保持浇注前有效，构件起模前用千斤顶均匀松动，后再平稳脱模。
　　3-7构件堆放，按其受力特点设垫块，重叠堆放，垫块应在一条直线上，板、柱等正反相同的构件应做好标志，避免放反损坏；运输中，应在构件间设垫木并互相绑牢，防止晃、撞。
　　3-8吊装时，按规定设吊点。对侧向刚度差的构件如预制空心箱梁，要有横向加固，并设牵引绳，防止吊中晃。
　　3-9施工中严格按施工规范和设计要求进行。
　　六、结构性裂缝
　　（1）设计原因为主的裂缝
　　1-1钢筋锚固长度不够产生裂缝。受拉钢筋必须有足够的锚固长度，否则会产生钢筋滑移裂缝，因此设计应使钢筋伸到最大应力处，悬臂结构的顶部钢筋应伸出反弯点以外。
　　1-2计算简图与实际受力不符引起开裂。在设计图纸时，要做好简化模型。
　　1-3计算错误，构造不当引起的变形开裂。
　　1-4构件刚度不足引起开裂。
　　1-5结构次应力引起开裂。
　　（2）使用原因为主的裂缝
　　主要包括改变建筑结构使用条件，在建筑结构上任意凿孔洞、沟槽。任意加层，年久失修等因素引起。
　　（3）其他原因引起的裂缝
　　主要包括高温使钢筋混凝土结构开裂脱皮，强度降低、钢筋腐蚀、火灾地震等原因。
　　综上所述，对不同原因的裂缝采取不同的有针对性预防措施，就可减少或防止裂缝的发生和扩展。但当裂缝出现后，并不可怕，要经过认真分析，查找原因，当裂缝不是危及结构或构件安全、设计同意下，可以进行裂缝修补。
　　1、裂缝修补材料要求
　　（1）当采用化学灌浆材料时，要求浆液的粘度小，可灌性好，浆液固化后的收缩性小，抗渗性好，其抗压、抗拉强度高，有较高的粘结强度，要求浆液为无毒或低毒材料，浆液固化时间可以调节。
　　（2）化学灌浆主要采用环氧树脂和甲基丙烯酸脂类。其中环氧树脂浆液配比（重量比）：环氧树脂：丙酮：乙二胺=100：20：15；甲基丙烯酸脂类浆液配比（重量比）：甲基丙烯酸甲脂：醋酸乙烯：过氧化二苯甲酰：对甲苯亚磺酸：二甲基本胺=100：18：1.5：1：1
　　（3）水泥浆和水泥砂浆有时也用于裂缝修补，但需做试配，并检验其抗压、抗拉、抗弯强度。
　　2、裂缝修补方法及规定
　　对静止裂缝，当裂缝宽度小于0.3MM时，裂缝浅而细且条数多时，宜用环氧树脂浆液或水泥浆液进行表面封闭；当裂缝细而深时，宜用甲基丙烯酸脂类浆液或低粘度环氧树脂浆液灌注；当裂缝宽度大于或等于0.3MM时，宜用环氧树脂浆液灌注；当裂缝宽度大于1.0MM时，可用微膨胀水泥浆修补，修补前应在裂缝表面涂刷一层水泥浆界面剂。
　　对于活动裂缝，即处于继续开展而未稳定的裂缝，应在分析并控制裂缝开展使其稳定后，方可按上述方法修补。
　　3、裂缝修补的施工
　　用灌浆法修补裂缝，其原理是将裂缝构成一个密闭性空腔，有控制的预留进出口，借用专用灌浆泵将浆液压入缝隙，并使之填注密实。施工的工艺流程：裂缝处理---埋设灌浆嘴、盒、管---封缝---密封检查---配制浆液---灌浆---封口结束---检查。
　　从裂缝的产生到发现、分析原因、采取措施治理，我们可以得到在桥梁施工中，预先采取措施可以预防裂缝的出现。但也要认识到裂缝的发生并不可怕，对发现的裂缝不应隐埋，要经过认真分析和探讨后，采取有效的办法去解决，对分析不可靠的裂缝，该报废的就应报废，对质量问题绝对不能马虎。