公路混凝土裂缝探秘

【摘　要】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。

【关键词】公路；混凝土；裂缝

1.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。

1.1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。

1.2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。

1.3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)。

1.4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。

2.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。

2.1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：

（1）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。

（2）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。

2.2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：

（1）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。

（2）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。

实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因，次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。次应力裂缝也是由荷载引起，仅是按常规一般不计算，但随着现代计算手段不断完善，次应力裂缝也是可以做到合理验算的。

2.3温度变化引起的裂缝

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。引起温度变化主要因素有：

（1）年温差。一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移，一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝。

（2）日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线性分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。

（3）骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可能导致结构外表面温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。

（4）水化热。出现在施工过程中，大体积混凝土(厚度超过2.0m)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，到使表面出现裂缝。

3.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：

3.1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。

3.2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。

3.3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。

3.4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。

3.5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。

3.6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。

3.7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。

4.在实际施工中，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有

4.1水泥品种、标号及用量

矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥混凝土收缩性较低。

4.2水灰比

用水量越大。水灰比越高，混凝土收缩越大。

4.3外掺剂

外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。

4.4养护方法

良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。

4.5外界环境

大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。

4.6振捣方式及时间

机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定，一般以5-15s／次为宜。

5.混凝土裂缝的处理方法

5.1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再活动的裂缝。

5.2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。

5.3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。

5.4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。

5.5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。

由上述可知，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。