混凝土桥梁开裂机理和防裂措施

摘要： 混凝土桥梁开裂是混凝土桥梁的常见问题之一，对桥梁开裂进行有效的防治具有非常重要的现实意义。本文首先分析了现阶段混凝土桥梁的现状，然后在混凝土桥梁的超负荷运营、钢筋锈蚀、混凝土收缩、不均匀沉降和温差五个方面分析了混凝土桥梁的开裂机理，最后在优化混凝土配合比、优化桥梁结构和控制温度三个方面阐述了桥梁的防裂措施。

Abstract： Cracking of concrete bridge is one of the common problems of concrete bridge. It has important practical significance to carry out the effective prevention and control of bridge cracking. This paper first analyzes the current situation of concrete bridge. And then， it analyzes the cracking mechanism of concrete bridge from five aspects of overload operation， reinforcement corrosion， shrinkage of concrete， uneven settlement and temperature difference. Finally， it expounds the measures of anti-cracking measures of the bridge from three aspects of optimizing the mix proportioning of the concrete， optimizing the structure and bridge and controlling temperature difference.

关键词： 混凝土桥梁；开裂机理；防裂措施

Key words： concrete bridge；cracking mechanism；anti-cracking measures

中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）36-0124-02

0 引言

随着社会主义市场经济的逐步繁荣，我国的交通、水运以及建筑等行业也在飞速发展，混凝土在建筑桥梁等行业也有着广泛的应用，混凝土有着价格优惠，耐久性能好和材料来源广泛等优点，与此同时，它也存在着使用期较短，容易产生裂缝，抗拉性能较差等不足之处。所以混凝土尤其是高强混凝土的开裂对混凝土整体工程的质量存在这很大的影响。

1 混凝土桥梁现状

由于混凝土自身的开裂在工程施工阶段影响工程质量，甚至造成工程返工的现象发生。另外由于混凝土自身的抗冻和抗腐蚀等性能较差，混凝土的使用寿命缩短而导致的维修费用也是不容小觑的。桥梁工程作为现阶段水运交通工程中的重要组成环节，在大部分桥梁工程设计时都需要用混凝土来达到连续浇灌的目的，但是因为施工的具体地形和地质等原因的限制，致使现在很多桥梁工程大都采用大跨高墩的基础结构，这样的结构设计使混凝土的防裂问题就成为了整体工程中应该重点考虑的问题之一。现在公路桥梁的运输量增大，许多桥梁都出于一种超负荷的运行状态，所以结合桥梁工程的实际情况，对混凝土桥梁开裂机理进行分析并采取有效的防裂措施具有非常重要的现实意义。

2 混凝土桥梁开裂机理分析

导致混凝土桥梁开裂的机理有很多种，大部分原因都是由于桥梁自身结构的设计以及施工的细节等因素的耦合作用，另外，桥梁在使用中的超负荷运营、钢筋锈蚀、基础沉降等也是导致混凝土桥梁开裂的重要原因。总体而言，混凝土桥梁的开裂机理大致分为以下几种。

2.1 桥梁的钢筋锈蚀导致的开裂

在桥梁工程的设计施工是需要运用大量的钢筋混凝土，所以钢筋在桥梁中分布相对集中，另外钢筋质量和施工工艺的不足往往导致了桥梁钢筋的生锈腐蚀现象比较严重。特别是在混凝土保护层被破坏之后，钢筋在空气中，腐蚀因子就会和钢筋发生化学反应，破坏钢筋表层的氧化膜。被腐蚀后的钢筋体积一般会变为原体积的2-4倍，桥梁所受的拉应力也越来越大，当拉应力超过桥梁工程的承受范围时，混凝土桥梁就会出现裂缝，裂缝的方向一般为钢筋的铺设方向。

2.2 混凝土收缩导致的开裂

对于现有的大部分使用混凝土筑成的连续箱型桥梁来说，混凝土的自身收缩是一种常见的导致桥梁开裂的原因之一。在桥梁施工和建成初期，桥梁混凝土并未完全硬化，由于桥梁自身（包括桥梁混凝土和骨料）重力影响，会导致桥梁骨料产生下沉现象，裂缝的方向一般沿着铺设钢筋的方向。此外，在桥梁混凝土的硬化过程中存在混凝土中水分蒸发的过程，但是由于混凝土表面水分的蒸发速度要远大于混凝土内部水分的蒸发过程，导致了混凝土不同部位的收缩不均衡的情况，处于相对外界的混凝土就产生了次生应力。因为次生应力的影响，混凝土就会有裂缝产生。

2.3 混凝土基础不均匀沉降导致的开裂

在桥梁建成初期，桥梁的混凝土基础不均匀沉降是非常常见的现象，通常来讲，混凝土的基础不均匀沉降主要包括由于地下水流失引起的底层不均匀沉降、基础模板支撑在了冻土上面，由于冻土解冻引发的不均匀沉降和桥梁在进行基础浇灌时，因为地基浸水引发的不均匀沉降三种。因为桥梁沉降现象引发的预应力超过混凝土的抗拉性能时，就会导致桥梁产生裂缝。这种由于举出不均匀沉降引起的裂缝一般出现在箱梁腹板处。

2.4 温差导致的开裂

对于桥梁的超静定结构来说，温度的改变会引发桥梁的支座反力个构建内力的产生，这是另外一个导致桥梁开裂的一个原因之一。一般来讲，连续箱型桥梁的截面一般是沿着跨长的方向变化的，跨中间的梁高差不多是支点高度的一半，这就导致了跨中间的温度梯度会大于支点处的温度梯度，所以连续箱型桥梁的跨中间的温差也会远大于支点处的温度差，所以由于温差引起的桥梁开裂部位一般处于连续箱型桥梁的跨中间位置。

3 混凝土桥梁的防裂措施

3.1 优化混凝土配合比

通过选择混凝土的原材料对混凝土的配合比进行优化是常见的桥梁防裂措施之一。在混凝土中加入一些矿物掺合料，这样做不仅可以提升混泥土的耐久性，而且还可以有效的降低混凝土的水化热效应，使得混凝土在桥梁建成初期的防裂性能得到有效的提升。在对混凝土的矿物掺合料进行选取的时候应该尽量选取含泥量比较少、弹性比较高的骨料，这样可以提升桥梁的防裂性能。在调整混凝土的配合比时，可以用68%作为基准的骨料体积含量，这样可以使混凝土达到最佳的收缩效果。

3.2 选择合理的桥梁结构和浇筑时间

桥梁的内部温度应力和裂缝的产生在很大程度上与桥梁自身的结构形式有关系，在桥梁的设计初期就应该考虑到桥梁的结构形式对温度应力和裂缝的影响，在建筑材料的选取上面应该尽量少选取温度变化对其影响较大的薄壁结构。桥梁在进行分缝分块时也应该注意分块的尺寸，因为桥梁分块越大，温度应力也就越大，桥梁也就越容易产生裂缝。

3.3 采取混凝土控温措施

温度的控制是桥梁工程应该重点考虑的问题之一，应该做好混凝土表面的保温保湿工作，利用水管冷却等技术使得浇筑温度得到有效的控制，使混凝土内部的水化热得到有效的降低，混凝土内外的温度差控制在标准范围内，从最大程度上降低混凝土连续箱型桥梁裂缝产生的可能性。

3.4 采用纤维材料提升抗冻能力

混凝土因为受冻导致的破坏是一种非常常见的现象，混凝土桥梁的孔结构和塑形收缩裂缝是导致这种破坏最主要的因素。采用聚丙烯掺入混凝土中可以使混凝土桥梁早期收缩的裂缝大大减小，另外聚丙烯纤维参与抵抗冻融及化学侵蚀的膨胀压力和渗透压力，会减少裂缝的扩展，提升了高性能混凝土的抗冻融及化学侵蚀能力。

4 案例分析

近十年来，我国公路、铁路等市政建设非常迅速，也建设了大量的混凝土桥梁。混凝土较量一般使用十年左右就会出现严重的损伤破坏，调查发现上海、西安等地的建成十几年的混凝土桥梁都有不同程度的裂缝和开裂现象。根据推算若干年后有害离子进入混凝土内部，造成钢筋锈蚀，会造成更严重的后果。开裂图如图1所示。

根据实验结果可知，不同纤维对水泥砂浆的抗裂效果是不同的。对水泥砂浆抗裂效果中聚丙烯晴纤维是36.6%，未改性的聚丙烯纤维为63.1%，改性的聚丙烯纤维为95.5%。实验结果如表1、表2所示。

根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》和GBJ82-1985《普通混凝土长期性能及耐久性试验方法》，表明掺入聚丙烯可以有效提高水泥基复合材料的抗冻性能和抗化学侵蚀性能。

5 结束语

混凝土桥梁开裂是目前连续箱型桥梁中普遍存在的一个问题，桥梁开裂不仅使得桥梁整体工程的质量下降，而且对行人的出行安全造成了很大的影响。所以对混凝土桥梁开裂的机理进行分析，并且结合不同桥梁的实际情况，制定一系列的桥梁防裂措施，桥梁裂缝对桥梁结构功能的影响得到有效的控制，具有非常重要的现实意义。

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