混凝土桥梁裂缝成因分析及预防措施
时间：2022-09-05 05:55:50
[摘 要]混凝土桥梁裂缝产是公路工程常见的质量通病，经常困扰着桥梁工程技术人员。为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的裂缝。本文就混凝土裂缝特性及产生的原因进行了分析，原因包括过度荷载、温度变化、地基基础变形、钢筋腐蚀等，并对具体的裂缝提出了相关解决措施。
[关键词]钢筋；混凝土；裂缝；
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0206-01
0.引言
混凝土裂缝的形成原因复杂而繁多，有时甚至多种因素相互影响。倘若针对各种具体裂缝缺陷，就会发现诸多因素中的主要原因。对于工程中发生的裂缝为要做到具体问题具体分析。常见裂缝可根据产生的原因分为过度荷载引起的裂缝、外部温度过低产生冻胀引起的裂缝、内部钢筋锈蚀引起的裂缝、地基基础变形引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、收缩引起的裂缝、施工失误引起的裂缝等七大类。为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的裂缝，本文对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析与总结，并提出了防治措施，以方便设计、施工中找出控制裂缝的可行办法，达到标本兼治的目的。
1.混凝土裂缝特性及产生的原因
1.1 过度荷载引起的裂缝
荷载裂缝即为混凝土桥梁在常规静、动过度荷载及次应力下产生的裂缝，主要有直接应力裂缝、次应力裂缝。外部荷载引起的直接应力产生的裂缝称为直接应力裂缝，其产生的原因有：
①进行结构计算时，原始设计模型不合理，致使结构受力假设与实际受力不符，出现荷载强度少算或漏算的现象；内力与配筋设计错误，致使结构安全系数偏低 ，达不到要求；结构设计没有对施工的可行性进行周全考虑，致使设计截面不足、钢筋设计偏少或位置分布错误等问题的出现。结构刚度不足同样也会造成直接应力裂缝的产生。
②现场施工时，人为操作问题，如不加限制地堆放施工器械、工装，材料等；不按基础设计图施工，擅自更改结构施工顺序、改变结构受力模式、严重违反操作流程；不了解预制结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；未对结构作疲劳强度精确验算等。
③在使用阶段，重型车辆在超过基础设计荷载的情况下过桥、车辆撞击、车辆运输超载、发生大风、大雪、爆炸、地震等环境因素。
1.2 温度变化引起的裂缝
热胀冷缩混凝土固有的性质，一旦外部环境或内部结构温度发生变化，混凝土将产生变形，若变形遭到内部尺寸等因素的约束时，则在结构内将产生应力，若应力超过混凝土抗拉强度，就产生了温度裂缝。
温度裂缝的主要表现：①在无规律性的表面裂缝宽度及深度，在深层或贯穿裂缝中，裂缝的走通常主平行于刚筋或接行；②裂缝宽度大小不一，受温度变化的影响，表现为热细冷宽。表面温度裂缝常常在现浇混凝土1d-2d之间出现，而深层温度裂缝与贯穿温度裂缝则在现浇混凝土21d后出现。
引起温度变化主要原因有：①表面温度裂缝多由于温差较大引起的。如：水泥水化为放热过程，浇筑后的大体积混凝土（厚度超过2m）由于厚度较大，散热困难，致使内外温差太大，有较大的温度梯度，从而导致表面裂缝的产生。在冬季施工时，受寒潮袭击或过早除掉保温层，都会造成混凝土早期强度低，从而产生裂缝。此外，采用蒸汽养护预制构件时，急速揭盖、构件急于出池或降温过快，都将促使混凝土表面严重收缩，产生裂缝。②结构性降温差值较大，受外界的约束而引起的裂缝多为深层贯穿裂缝。如现浇桥台混凝土或大体积刚性扩大基础，浇筑在坚硬的地基上，收缩缝间距过大或未采取隔离等放松约束措施，在混凝土浇筑时，温度很高，加上水泥水化热的温度升高迅速，使温度更高。当混凝土冷却收缩时，全部或部分受到地基或其他外部结构的约束，在混凝土内部会产生很大拉应力，进而产生降温收缩裂缝，这类裂缝有时会整个贯穿。
1.3 地基基础变形引起的裂缝
由于水平方向发生了位移或基础竖向不均匀沉降，使结构中产生远远超出混凝土结构的抗拉能力的附加应力，产生了结构性开裂。由地基基础变形引发的裂缝通常出现在浇混凝土10 min到3 h内，大都发生在钢筋表面以及结构变化处。基础不均匀沉降的主要原因有：①塑性状态下混凝土的基础、支架等均有不均匀沉降的现象，使局部混凝土自由变形受约束而产生裂缝。②受重力的影响，混凝土中较重的颗粒下沉而导致水泥浆上浮，一旦受到钢筋、模板作用，这种下沉就会产生应力，引发裂缝。
1.4 收缩引起的裂缝
最常见的裂缝是由混凝土收缩所引起的，发生混凝土整体变形的主要原因是塑性收缩和缩水收缩（干缩），自身收缩和碳化收缩也是其中一部分原因。当混凝土迅速干燥时，混凝土内水分的蒸发较快，其速度及效率大于其泌水速率，在固体颗粒水面产生毛细管张力，如此一来，混凝土自体收缩所产生的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度而产生裂缝，称为收缩断裂。收缩引起的裂缝会产生不规则斜裂缝，在钢筋表面，似龟纹，一般情况下开始出现在现浇混凝土后数周或数月之间。
1.5 冻胀引起的裂缝
吸水饱和的混凝土在低于零度的大气温度中，会出现冰冻现象，残留在内部的游离水转化成冰，密度下降而引起9%的体积膨胀，从而导致混凝土产生膨胀应力；同时，混凝土凝胶孔中的过冰水（结冰温度在一78℃以下）在微观结构中的迁移和重分布，又加大了混凝土中的膨胀内应力，降低了强度，导致裂缝出现。
2.主要裂缝的防治措施
2.1 荷载裂缝
为避免结构中产生荷载裂缝，应该采取合理的计算模型、限制超过设计荷载的重型车辆或超载车辆过桥、限制施工现场各种工装，材料的堆放、严格执行现场5S等方法。
2.2 温度裂缝
对混凝土温度裂缝的预防，要做到合理安排混凝土浇筑顺序及浇筑速度，浇注过程中适当降低部分温差，并严格执行操作流程。夏季施工时，需通过洒水对骨料降温；冬季施工时，混凝土表面应覆盖保温，已避免内外部过大温差的产生。
2.3 地基基础变形引起的裂缝
预防地基基础变形引起裂缝的措施主要一下三种：一是基础处理，通过科学设计支架搭设并对支架进行全面积预压，可消除在过程中产生的塑性变形；二是为减少混凝土泌水，可在混凝土中添加减水剂，确保混凝土保护层厚度，混凝土施工时再进行二次抹面；三是浇筑前将基层和模板充分浇水湿透等。
2.4 收缩裂缝
通过加强对早期混凝土养护，可以降低混凝土中水分的蒸发速率，这样能有效预防收缩裂缝。具体实施方法是：将在麻袋、海绵等覆盖在混凝土结构表面，然后进行浇水养护。
2.5 冻胀引起的裂缝
冬季施工时，为有效保证混凝土在低温或负温条件下硬化，可采用暖棚法、地下蓄热法、电气加热法、蒸汽加热法养护，也可在混凝土拌合水中掺入防冻剂（但氯盐不宜使用）。混凝土开裂常出现在桥梁建设和使用过程中，对桥梁工程技术人员造成了很大的困扰。通过文中的论述，使施工人员更加正确地认识裂缝的产生原因及其对各种原因的具体分析，并能提出合理的防治措施，进一步提高桥梁工程的寿命，从而有效保障人身财产安全。
3.结语
在桥梁建造和使用过程中，混凝土裂缝经常出现，同时对裂缝产生的原因进行分析并采取适当的措施，是完全可以将裂缝产生的可能性降到最小值，桥梁的使用寿命。
参考文献
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