浅析桥梁裂缝产生的原因及防治

浅析桥梁裂缝产生的原因及防治

为迎接全运会，我市正加快步伐进行基础设施建设。在桥梁建造和使用过程中，有关因出现裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的报道屡见不鲜。如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。本文尽可能对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析、总结，以方便设计、施工找出控制裂缝的可行办法，达到防范于未然的作用。

1 混凝土桥梁裂缝形成的原因

1.1 温差变化

混凝土在施工期间，外界气温变化的影响很大。混凝土的内部温度是浇筑温度、水化热的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加之和，外界气温愈高，混凝土的结构温度也愈高，如外界温度下降，会增加混凝土的降温幅度，特别是在外界气温骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温差。温度应力是由温差引起的变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大。混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或内部温度发生变化，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。

1.2 混凝土收缩变形

实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。混凝土中含有大量空隙、粗孔及毛细孔，孔隙中存在水分，而水分的活动将影响到混凝土的一系列性质，引起混凝土的收缩变形，导致裂缝的产生。混凝土的收缩变形主要有以下几种形式：

（1）自由收缩。它是混凝土硬化过程中由于化学作用引起的收缩，是化学结合水与水泥的化合结果。

（2）塑性收缩。混凝土浇筑初期，水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现水分急剧蒸发现象，引起混凝土失水收缩，此时骨料与胶合料之间产生不均匀的收缩变形。

（3）碳化收缩。它是指大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。

（4）干缩。水泥石在干燥和水湿的环境中要产生干缩和湿胀作用，最大的收缩发生在第一次干燥之后。

1.3 钢筋锈蚀引起的裂缝

由于保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面，使钢

筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长几倍，从而产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。

1.4 施工方法和施工工艺质量的原因

在混凝土结构构件制作、运输、安装过程中，施工方法不合理、施工质量较低，容易产生各种形式的裂缝，产生裂缝的原因主要有以下几方面：

（1）骨料进场控制不严：碎石厂对碎石的分级生产控制不严格，施工单位进场的石子混堆、混放，导致混凝土拌合物和易性性能差，造成混凝土质量波动，质量差的混凝土容易产生裂缝。

（2）施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉；施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于混凝土自重和侧向压力的作用使得模板变形。

（3）混凝土浇筑供料速度不及时，连续性差，搅拌时间控制不好。

（4）混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大。

（5）混凝土振捣不密实、不均匀，漏振或过振，出现蜂窝、麻面、空洞，导致截面削弱、钢筋锈蚀或其他荷载裂缝。

（6）混凝土养护不到位，会使混凝土的水分流失，混凝土失水后表面产生拉应力混凝土开裂，出现不规则的裂缝。

（7）施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。

2 防治裂缝的措施

2.1 设计措施

（1）采取合理的结构形式和合理的分块。混凝土工程施工中如果允许设置水平施工缝，应根据温度裂缝的要求进行分块，且设置必要的连接方式。

（2）合理布置分布钢筋：尽量采用小直径、密间距布筋，结构边缘处或变截面处需要加强分布筋，表面可以设置钢筋网片。

（3）为防止钢筋产生锈蚀裂缝，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度。

2.2 优选混凝土原材料

优选混凝土原材料、优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较大的抗裂能力。

（1）采用低水化热的水泥。由于矿物成分及掺加混合材料数量不同，水泥的水化热差异较大。铝酸三钙和硅酸三钙含量高的，水化热较高；混合材料掺量多的水泥水化热较低。为减小水泥水化热，降低混凝土绝热温升和混凝土内部温度，从而减小内外温差，应选用低水化热的水泥产品。

（2）掺粉煤灰。可以用适量粉煤灰取代一部分水泥以削减水化热产生的高温峰值。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱集料反应，减少新拌混凝土的泌水等。

（3）骨料的选用。应优先选用热膨胀系数小、含泥量低的骨料，并强调骨料的连续级配，条件许可时，应尽可能使用粒径大的骨料。之所以这样，因为一方面骨料本身的强度就远大于水泥胶体，另一方面，采用连续级配的骨料，可以提高骨料在混凝土中的所占体积，能大幅度降低水泥用量，从而间接地降低水化热。

2.3 采取合适的施工措施

合适的施工方法不仅能降低混凝土内的最高温度，还能减小混凝土的内外温差，有效地降低温度裂缝的产生，达到控制裂缝的目的。

（1）浇筑方案。在混凝土施工过程中，为了有效降低混凝土的内外温差，常采用分块浇筑。分块浇筑又可分为分层浇筑法和分段跳仓浇筑法两种。分层浇筑法目前有全面分层法、分段分层法、斜面分层法3种浇注方案。全面分层浇筑是在第一层全面浇筑完毕后，开始浇筑第二层时，已施工的第一层混凝土还未初凝，如此逐层进行，直至浇筑完成；分段分层浇筑，适用于厚度不大而面积或长度较大的工程，施工时混凝土先从底层开始浇筑，进行至一定距离后再浇筑到第三层，如此依次向前浇筑其他各层；斜面分层适用于结构的长度超过厚度的三倍的浇筑层，振捣上作从浇筑层的下端开始，逐渐上移，此时向前推进的浇筑混凝土摊铺坡度应小于1： 3，以保证分层混凝土之间的施工质量。

（2）降低混凝土浇筑温度的措施。混凝土因为水化热引起体积变化，以及因为环境温度的周期变化均会引起开裂，如果把混凝土的初始温度降低到一定程度，使之产生的温差较小，从而产生的拉应力小于混凝土抗拉强度，可以避免混凝土开裂。降低浇筑温度的具体措施包括：①浇筑前预冷混凝土；②降低原材料温度，如做好水泥散热、骨料浇水冷却和预冷等；③采用冷却拌和水与加冰拌和；④减少运输途中的热量倒灌，包括减小运输距离，采用特制的保温罐车，用保温材料包裹混凝土泵送管道等。