浅析混凝土桥梁裂缝的原因及其防治-论文网

随着经济的不断提高，我国交通基础建设得到了迅猛发展。各地兴建了大量混凝土桥梁，在桥梁建造和使用过程中，因出现裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的报道屡屡见诸报端。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”，经常困扰着桥梁工程技术人员。而在桥梁的建造全过程中，也始终没有完整全面的做好桥梁裂缝的预防措施和桥梁的保养，桥梁的安全存在很大的隐患。如何做好施工前的预防、施工中的技术应用和施工后的保养维护是控制和预防桥梁裂缝的重要环节。

二．混凝土桥梁裂缝产生原因

混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，就其产生的原因来看，大致可划分如下几种：

1.温度变化引起的裂缝
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。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。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。引起温度变化主要因素有：年温差，日照，骤然降温及水化热等都会引起温度的变化，从而导致混凝土桥梁裂缝的出现。
2．收缩引起的裂缝
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。在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。水泥品种、标号及用量，骨料品种，水灰比，外掺剂，养护方法振捣方式及时间等因素造成了混凝土收缩裂缝。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩。
3．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，导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有：地质勘察精度不够、试验资料不准、地基地质差异太大、结构荷载差异太大、结构基础类型差别大、地基冻胀桥、梁建成以后，原有地基条件变化等。
4．钢筋锈蚀引起的裂缝
由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，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，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。
5．冻胀引起的裂缝
温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。当混凝土中骨料空隙多、吸水性强；骨料中含泥土等杂质过多；混凝土水灰比偏大、振捣不密实；养护不力使混凝土早期受冻等，均可能导致混凝土冻胀裂缝。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。
6．施工材料质量引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，都可能导致结构出现裂缝。

三．混凝土桥梁裂缝的处理办法

混凝土因其取材广泛、价格低廉，抗压强度高、可浇注成各种形状，并且耐火性好、不易风化、养护费用低，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。但混凝土最主要的缺点是：抗位能力差，容易开裂。混凝土裂缝不可避免，但它的有害程度可以控制，有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下，不断产生和扩展，引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀，使混凝土的强度和刚度受到削弱，耐久性降低，危害结构的正常使用，必须加以控制。
1.表面处理法：包括表面涂抹和表面贴补法，表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的裂缝，不伸缩的裂缝以及不在活动的裂缝。表面贴寂（木工膜或其它防水片）法适用于大面积漏水（蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝）的防渗堵漏。
2.填充法：用修补材料直接填充裂缝，一般用来修补较宽的裂缝（0.3mm）,作业简单,费用低。宽度小于0.3mm，深度较浅的裂缝、以及小规模
裂缝的简易处理可采用取开V型槽，然后作填充处理。
3.灌浆法：此法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好。
4.结构补强法：因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成裂缝等影响结构强度可采取结构补强法、锚固补强法、预应力法等。
5.混凝土裂缝处理效果的检查：包括修补材料试验；钻芯取样试验；压水试验；压气试验等。

设计疏漏、施工低劣、监理不力，均可能使混凝土桥梁出现裂缝。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。虽然新的桥梁裂缝检测仪器、检测技术及修补技术不断出现，但上面介绍的几种检测及修补方法仍是实际工程中常用的方法，许多工程实践证明其效果较好。

四．混凝土桥梁裂缝的预防

混凝土桥梁裂缝虽然不可避免，但是是可以控制和预防的。控制和预防裂缝，主要从设计、原材料的选择、混凝土配合比和桥梁养护等方面入手。
1.结构的设计措施
1）结构的主要作用在于支承荷载，并把它传递到地基。因此，结构设计的主要任务之一就是考虑如何使传力路径尽可能短，越是简捷，效率越高，混凝土材料尽可能受压，同时应尽量避免结构断面突变带来的应力集中，可最大限度避免裂缝的产生。
2）对地处北方地区的桥梁应有完善的防冻设计。寒冷地区冬季处于十分恶劣的冻融环境，雪后融雪使用盐水，形成盐冻融更为严重。所以设计必须对防冻设计提出严格的要求，施工时对混凝土的配比设计严格控制，应采用引气工艺混凝土，达到防冻要求。
3）结构的外形构造要尽量避免雨水、水汽和有害物质在混凝土表面上的积聚直接侵袭主体结构。过去的桥梁设计对此考虑的不周，雨水通过栏杆外侧流向边梁，所以边梁外侧病害最严重。
4）要有良好的防排水系统。桥面防水非常重要，但最关键的是雨水泄水口，伸缩缝，伸缩缝处的梁端部位以及帽梁顶面，下部结构水位浮动处等，都要特殊处理。收水口的设计必须保证不但能排桥面水，而且能排沥青铺装的层间水。
2.应用高性能混凝土
高性能混凝土以其良好的工作性，优异的耐久性得到人们的普遍认可。高性能混凝土并不是混凝土的一种，而是具备某些性能的混凝土，是在普通混凝土的基础上合理掺用矿物掺合料、外加剂而获得。目前关于混凝土耐久性设计的规范已经出台，混凝土的粗放设计已经转变为精细化的定量设计，从精选原材料、控制水胶比、胶凝材料用量等实现混凝土的低氯离子扩散系数、高抗冻指数的目的，通过内掺阻锈剂、防腐剂等实现对钢筋的保护。
在任何情况下，混凝土本体的密实性是保障结构耐久性的根本，但很多时候，只靠混凝土本身是远远不够的，必须进行强化防腐蚀措施，如涂覆高渗透改型环氧树脂、硅树脂等。
3.对桥梁进行养护
高性能混凝土用水量小，早期养护很重要，应避免混凝土失水引起早期裂缝，影响质量。混凝土浇注完毕后应立即用塑料布或草帘子覆盖，并在终凝后立即进行洒水养护；立面墙施工时可在浇注24-48小时后略微松开模板，并浇水养护。保持混凝土表面湿润，养护期不少于14d。高性能混凝土的胶凝材料用量较大，应注意采取养护措施防止混凝土因温度变化而引起的开裂。养护期间应控制混凝土内部最高温度不超过75 °C；应采取措施缩小混凝土的内部温差；还应防止混凝土表面温度受环境因素影响（如曝晒、气温聚降等）而发生剧烈变化。混凝土表面不便浇水时，应涂刷保护层，如薄膜养生液等。

五．结束语

混凝土桥梁的裂缝无论是从自然因素还是人为因素方面看，都是无可避免的。但掌握混凝土的特性以及桥梁施工的相关知识，对桥梁进行维修和养护，混凝土桥梁还是可以最小程度的避免裂缝的出现的。在运营管理过程中，进一步加强巡查和管理，及时发现和处理问题，也是相当重要的一个环节。

参考文献：

李斌.浅析混凝土结构及其外观质量控制[J].企业科技与发展.2008
杨志强混凝土箱梁裂缝成因分析 2005
王铁梦，工程结构裂缝控制[M]，北京：中国建筑工业出版社，1997