论公路桥梁混凝土裂缝成因及有效预防措施

摘要：本文对混凝土桥梁在施工过程中产生裂缝的原因做了较全面的分析和总结。

关键词：公路桥梁混凝土施工裂缝

1 常见的混凝土施工裂缝种类及成因

混凝土结构裂缝的成因复杂、繁多，有时多种因素相互影响，每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素。根据混凝土桥梁裂缝的种类就其产生的原因，大致可划分为以下几种：

1.1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,则在结构内产生应力,当应力超过混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝。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。施工阶段引起温度变化主要因素是水化热和养护措施在施工过程中。大体积混凝土（厚度超过20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，施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥单位用量，减少骨料入模温度，降低内外温差并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统进行内部散热，或采并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统进行内部散热，或采用薄层连续浇筑以加快散热。在进行蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝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。

1.2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，可能导致结构出现裂缝。砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大，如果使用超出规定的特细砂，后果更严重。砂石中云母的含量较高，将削弱水泥与骨料的粘结力，降低混凝土强度。砂石中含泥量高，不仅将造成水泥和拌和水用量加大，而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。砂石中有机质和轻物质过多，将延缓水泥的硬化过程，降低混凝土强度，特别是早期强度。砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应，体积膨胀2.5倍。拌和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。

1.3荷载引起的裂缝

钢筋混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝。归纳起来主要有如下几类：

1.3.1弯曲裂缝在混凝土梁上施加弯矩时，将产生弯曲裂缝。对受弯构件和压弯构件来说，弯曲裂缝首先出现在弯矩最大截面的混凝土受拉区。梁板结构的正弯矩裂缝一般位于跨中，从底边开始向上发展，负弯矩裂缝位于连续或悬臂梁板的支座附近，自上向下发展。随着荷载的增大，裂缝宽度增大，长度延伸，缝数增多，裂缝区域逐渐向两侧发展。

1.3.2剪切裂缝

剪切裂缝也称斜裂缝，首先发生在剪应力最大的部位。对受弯构件和压弯构件，往往发生于支座附近，由下部开始，沿着与轴线成250~500左右的角度裂开。随着荷载增大，裂缝长度将不断增长并向受压区发展，裂缝数不断增多并分叉，裂缝区也逐渐向跨中方向扩大。

1.3.3断开裂缝

钢筋混凝土构件受拉时，进入整个截面的裂缝称为断开裂缝。受拉构件在荷载作用下产生的裂缝均沿正截面开裂，裂缝间距有一定规律。受拉构件在内力较小时，混凝土和钢筋均匀承受拉力，随着内力增大，混凝土内拉应力达到其受拉极限，产生裂缝并退出工作，但裂缝宽度小于规定限值，全部拉力由钢筋承担，这是允许出现裂缝的构件的工作状态。荷载继续增大，钢筋应力达到屈服极限，钢筋伸长率较大，裂缝很宽超过设计规范允许宽度的许多倍,这时多为使用所不允许的或构件将接近破坏的状态。

1.3.4扭曲裂缝

混凝土构件受扭转与弯曲同时作用而产生的裂缝称为扭曲裂缝。该裂缝一般呈450倾斜方向。钢筋混凝土构件在扭曲作用下，产生的裂缝一般有许多条，裂缝出现后混凝土保护层剥落，扭曲产生的扭矩改由钢筋承担，直至钢筋滑动时构件完全破坏。

1.3.5局部应力引起的裂缝

局部应力引起的裂缝主要表现在墩台支座受到较大局部压力、构件突然受到冲击荷载、位于构件角隅处等。

1.4收缩引起的裂缝

在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的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。

塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后4h~5h 左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化。称为塑性收缩，塑性收缩所产生量级很大可达1％左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。

缩水收缩（于缩）。混凝土结硬以后。随着表层水分逐渐蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。因混凝土表层水分损失很快，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，便产生收缩裂缝。

1.5冻胀引起的裂缝

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9％因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低,并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻造成的后果最严重,成龄后混凝土强度损失可达30％~50％。我部在气温较低时加强养护措施，确保混凝土表面温度不低于5℃，并适当延长保温养护时间。

2减少施工裂缝的预防措施

2.1结构性裂缝防止措施

在条件许可的情况下，设计单位应尽量少用或不用非预应力结构。预应力结构锚垫板、螺旋筋的埋设必须符合设计图纸要求。在此基础上，锚垫板后应增设4根直径12mm以上的纵向撑筋，纵向撑筋前段顶牢锚垫板，后端与钢筋骨架相连锚垫板后布筋较密，砼振捣必须密实。张拉时，砼必须达到设计或规范规定的张拉强度，且砼试块要做到同体养护。钢筋砼现浇连续箱梁支架拆除时首先要弄清其设计受力体系，并从一开始就进行详细的落架程序设计。

2.2非结构性裂缝防治措施

2.2.1防止温度变化产生裂缝的措施

合理安排砼浇注顺序及浇筑速度，在砼浇注的过程中消除部分温差。夏季施工时骨料要洒水降温，冬季施工时砼表面应覆盖保温。

2.2.2预防施工质量引起裂缝措施

良好的施工方案与预防、控制裂缝有很大的关系。施工方案主要应确定一定浇筑量、施工缝间距、位置及构造、浇筑时间。运输及振捣等。一次浇筑长度由垂直施工缝分割，最好是设置在变截面处或承受拉、剪、弯应力较小的部位。除控制一次浇筑厚度外，分层位置即水平施工缝留设位置也应加以注意，一般来说，因尽量留在变截面处，或远离受拉钢筋部位而设在混凝土砼的受压区，确定浇筑时间的原则应尽量避开炎热天气和昼夜温差大的日子。如果必须在夏季施工，则应采取材料降温措施来控制混凝土砼人模温度。

由于施工质量原因而产生的裂缝发生率在95％以上。如果在施工阶段控制住了裂缝，则在使用阶段开裂的可能性就很小了。因此，施工阶段是裂缝预防的主要阶段，首先钢筋的成型和模板安装位置要准确、牢固，以免施工中变形。钢筋上的污物和氧化铁皮要清除，以免影响粘结力。其次是浇筑、振捣操作合理，特别是振捣操作技术，往往不被人们重视。

2.2.3防止干缩裂缝的措施

设计部门布设足够的控制裂缝的分布筋，施工配合比设计时减小水灰比，尽量增加骨料用量 增大骨料粒径、施工完成后加强砼的湿治养护。防止龟裂的措施有配合比设计时水泥用量不宜过多，振捣要密实而不过振。砼表面泌水及浮浆要及时清除并注意及时养护。

3结语

总之，裂缝在钢筋混凝土梁桥中是不可避免的。由于多种因素影响，可能产生各种形式的裂缝。如何采取一定的设计和施工措施来克服和控制大的裂缝产生，是每一个工程技术人员应该深入考虑的问题和遵循的原则。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。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。