浅析公路桥梁混凝土裂缝

人类在工程中应用混凝土，已经有两百多年的历史，大大小小的城市的占地面积有混凝土建筑物占据了90%以上，河滩、河谷、绿化地等只占10%的面积。混凝土多用在道路、桥梁、民用建筑物、港口、码头、水闸、水库、堤防等工程中。在工程建筑物所实用的材料大致上是一致的，是混凝土。称人工造的石头，简称，砼（tóng）。字创造时间1953年，创造者是著名结构学家蔡方荫教授。基本上看字就知道用途，就是混合成功的水泥.也算专业用语。常用的建筑材料，用途广泛。它在各种建筑物中的型壮各异，所实用的砼的配合比、级配、坍落度各不同，相应的指标也不同。无论砼用在何处，所产生的毛病是一样的，任意一家（甲乙丙）设计或施工单位修建的建筑物敢说没有裂缝。迄今为止两百多年的历史，裂缝伴随着混凝土，各个建筑物中裂缝小着减短寿命，裂缝大着失去工作能力，这是砼建筑物工程中癌症。随着我国社会经济的高速发展，混凝土用量的逐年增加，使中国的混凝土用量已经占全世界的一半以上，因此不断地提升了混凝土广泛应用和基础产业耗材术水平。有助于产业推动，低御灾害、节约能源、保护环境等。

公路桥梁、混凝土、裂缝

【中图分类号】U448.14文献标识码：B文章编号：1673-8500（2013）04-0013-02

混凝土裂缝是建筑工程的常见病害之一，它不仅影响建筑物的美观，还会影响建筑物的正常使用，严重的还会对建筑物的安全构成威胁。公路桥梁、涵洞通道等混凝土构造物为交通运输的枢纽，直接影响着交通的流量和荷载。当它投入使用一定时间后，往往由于设计的局限和施工的欠缺，使其难以适应日益繁重的交通量，而且随着运输设备的高速发展和车轮负载的不断增长，桥梁、涵洞等混凝土结构物常常处于超负荷运行的状态，经常会出现各种裂缝，因此裂缝也成为混凝土结构最常见的病害。公路混凝土因取材广泛，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。混泥土最主要的缺点是：抗拉能力差，容易开裂。混凝土裂缝不可避免，但如果采取一定的设计和施工控制，很多裂缝是可以克服和控制的。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。

1公路混凝土结构裂缝的成因

①温度引起裂缝。裂缝产生的原因是因为混凝土所使用的原材料受到外界的影响而产生的。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，而混凝土是热的不良导体，内部温度升高产生膨胀，而外部则因热量散失而收缩，在混凝土表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。②温度变化引起收缩。裂缝产生的原因是混凝土浇筑后，早期强度表面没有被及时覆盖，混凝土表面水分蒸发过快所造成的。裂缝多在混凝土表面出现，多半呈现出龟裂形状。塑性收缩是指在塑性阶段的混凝土因表面失水而产生的收缩。③路面厚度不合理。路面厚度的确定主要以设计年限内的累计当量轴次为依据，但在设计中，有部分忽视了实际情况的考虑。从众多道路中，不难看出，无论采用的是否是标准轴载，路面实际承受的当量轴次都高于设计年限内的当量轴次，由此容易产生裂缝。④施工裂缝在混凝土早期裂缝中，可以说没有一种裂缝不与施工因素有关。施工裂缝主要是指由施工因素产生的裂缝。追踪其成因主要有两方面：其一震捣不够，拆摸过早，因而引起混凝土表面和边部开裂。其二在不中断交通的情况下，分边施工，先期施工的混凝土板块通车后，影响新浇筑的板块，产生震动裂缝。⑤干缩裂缝。水泥混凝土浇注后，在硬化的过程中，由于水泥水化生成物的体积比原来物质的体积小，加上游离水在空气中蒸发及凝胶体失水而紧缩，随着混凝土体积收缩产生拉应力，当拉应力大于当时混凝土的抗拉强度，而产生干缩裂缝。裂缝的主要特征：表面开裂，纵横交错，没有一定规律；缝宽和长度都很小，与发丝相似，不注意时较难发现。干缩裂缝是混凝土路面早期裂缝中最常见危害之一。⑥材料质量。原材料质量引起的裂缝混凝土所采用材料的质量不合格，可能导致结构出现裂缝，水泥的品质如果不合格，安定性差，会引起混凝土的裂缝。水泥熟料的煅烧不充分会产生较多的游离氧化钙，它的水化过程很慢，导致水泥已凝结硬化后继续水化而产生体积膨胀，体积变化不均，使水泥混凝土路面出现龟裂、断板。骨料是混凝土的主要组成部分，起骨架作用，骨料的好坏对混凝土性能影响很大。⑦后期养护影响。水泥混凝土路面的后期养护对早期强度增强和预防收缩裂缝极为关键，良好的养护能够有效的减少裂缝的产生，但若缺乏正确、及时的养护，比如高温和风速大时，混凝土表面水分蒸发快，若不及时给予补充水分，就容易形成干缩裂缝。

2公路桥梁中常见的裂缝

第一收缩引起的裂缝。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，另外还有自生收缩和炭化收缩。其一塑性收缩；发生在施工过程中、混凝土浇筑后4-5H左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水份急剧蒸发，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。塑性收缩所产生量很大，可达1%左右。其二缩水收缩（干缩）。混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，温度逐步降低，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。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。其三自生收缩。自生收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应，这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的（即收缩，如普通硅酸盐水泥混凝土），也可以是负的（即膨胀，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土）。其四炭化收缩。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。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生，且随二氧化碳的浓度的增加而加快。炭化收缩一般不做计算。第二荷载引起的裂缝。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，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。直接应用裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝产生的原因有：其一施工阶段，不加限制地退房施工机具、材料：不了解预制结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顾序，改变结构受力模式；不对结构做机器震动下的疲劳强度验算等。其二使用阶段，超出设计载荷的重型车辆过桥：受车辆、船舶接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：其一在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状况同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。其二桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛脚等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。第三施工工艺质量引起的裂缝。在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异，比较典型常见的有：①混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。②混凝土振捣不密实、不均匀出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。③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，容易在浇筑数小时后发生裂缝，即塑性收缩裂缝。④混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土坍落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。⑤混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。⑥混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。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。

3裂缝修补技术

修补裂缝的目的在于使结构因开裂而降低的功能和耐久性得以恢复。对于因承载能力不足所产生的裂缝，单纯修补已很不够，尚需进行补强加固。裂缝修补的根据是裂缝调查、原因分析及危害性评定。裂缝修补方法主要有表面修补法，灌浆封堵法，结构加固法，混凝土置换法，电化学防护法等。目前根据裂缝部位及裂缝大小主要使用表面修补法、灌浆法、结构加固法。其一表面处理法。表面处理法是针对小于0.15mm的微细裂缝，采用环氧类封缝胶，涂刷于裂缝表面，达到恢复其防水性及耐久性的一种常用裂缝修补方法。该法施工简单，但胶体无法深入到裂缝内部。在表面防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴碳纤维布等措施。表面处理法的施工要点是，先用钢丝刷将混凝土表面刷毛，清除表面附着污物，用水冲洗干净，干燥后再用封缝胶涂抹于混凝土表面缺损处，涂覆应均匀，不得有气泡。其二灌浆法。灌浆法是指施加一定的压力，将封缝胶灌入结构物内部裂缝深部，以达到封闭裂缝，恢复结构整体性、耐久性及防水性的目的。适用于裂缝宽度较大、深度较深的裂缝修补，尤其是受力裂缝的修补。主要施工程序如下：①埋设灌浆嘴。对于细而浅的裂缝，可用钢丝刷沿缝进行表面刷毛和清洁处理，然后骑缝用环氧胶泥粘贴灌浆嘴：对于宽而深的裂缝，宜沿缝开凿“V”槽，然后骑槽粘埋灌浆嘴；对于大体积混凝土结构上的很深裂缝，应骑缝钻孔或斜向钻孔至裂缝深部，然后在孔内埋设灌浆管。灌浆盒、灌浆嘴及灌浆管设于裂缝交叉处、较宽处、端部及裂缝贯穿处等部位。②封缝。封缝目的在于使裂缝形成一个密闭的空间。对于不凿槽裂缝可用环氧胶泥封缝，先沿裂缝刷一道环氧树脂基液，后抹一层环氧胶泥。对于凿“V”型槽裂缝，可用水泥砂浆封缝，为加强砂浆与界面的粘着力，应先于槽面上刷一层环氧树脂浆液，然后才嵌填水泥砂浆。③密封检查。为保证密闭缝体的密闭性及承受灌浆压力作用，应对封缝密封效果进行检查。办法是，待封缝胶泥或水泥砂浆固化后，沿缝涂一层肥皂水，并从灌浆嘴向缝中通入压缩空气，若无冒泡现象，表示密封效果良好，否则应予修补。④配制浆液。灌浆材料要求粘结力强，可灌性好，目前长使用的是环氧树脂类胶液；胶液根据不同情况进行混合调制，稠度过大往往会使注胶的压力也大，粘稠度大影响注胶效果，持压时间也大影响施工进度。因此胶液的配置要结合实际情况灵活掌握。⑤灌浆。启灌之前，先接通管道，打开灌浆嘴上气阀，用气压为0.2Mpa以上的压缩空气将管道及裂缝吹干净。灌浆顺序自下而上，由一端向另一端依次连续进行。灌浆压力以0.2～0.4Mpa为宜，压力逐渐升高，防止骤然加压对管道造成破坏。⑥封口。灌浆后待缝内浆液初凝而不外流时，可拆除灌浆嘴，用环氧胶泥对灌浆孔进行封口抹平。进行灌浆封闭的缝要进行抽样开孔检查，以保证灌浆封闭质量。⑦灌浆质量检查。灌浆密实情况，一般可采用钻芯法取样检查浆体的外观质量，测试浆体的力学性能。其三结构加固法。当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积、粘贴钢板加固、粘贴碳纤维布、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。其中粘贴钢板包括：注入法粘贴钢板和压粘法粘贴钢板。注入法粘贴钢板这种方法是在混凝土表面与钢板之间加垫块等使两者之间保持一定空隙，并用环氧树脂胶泥封闭四周，而后从注入口注入环氧树脂，同时排出空隙中的空气，由于是从一方注入因而容易残留气泡，施工时一般用木槌随时敲打钢板来确定是否灌实，这种施工法虽然费时，但即使混凝土表面不平整也可进行施工。压粘法粘贴钢板。这种施工方法是在混凝土表面及钢板表面各涂上1～2mm厚的环氧树脂，然后利用巳固定在混凝土中的锚杆把钢板压紧在混凝土面上，随着环氧树脂被挤出，粘贴面之间的空气也被排出，用这种方法几乎不会残留气泡，粘结效果也好，此法适用于混凝土表面平整的场合。其四混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换人新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。其五电化学防护法。电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态。钝化钢筋，以达到防腐的目的。

总而言之，混凝土施工裂缝是不可避免的，但如何在有限的条件下控制混凝土裂缝的形成，保证混凝土施工质量，同时对有外观缺陷的混凝土进行修补，将在混凝土施工中成为一项必不可少的施工工艺。相应的了解混凝土裂缝原因，采取形之有效的手段控制混凝土裂缝的产生，对混凝土外观质量的好坏将具有决定性的作用。