混凝土橋梁裂縫的成因與對(duì)策

河南省信陽(yáng)市交通質(zhì)監(jiān)定額站 余坤洋

混凝土橋梁裂縫的成因與對(duì)策

河南省信陽(yáng)市交通質(zhì)監(jiān)定額站 余坤洋

在橋梁建設(shè)過(guò)程中，混凝土開裂是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，困擾著橋梁工程技術(shù)人員。筆者結(jié)合橋梁的實(shí)際檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，綜合近幾年國(guó)內(nèi)外對(duì)混凝土橋梁裂縫的研究，對(duì)不同類別的混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因做出了較為全面的分析和歸納，便于在設(shè)計(jì)、施工中找出控制橋梁裂縫的可行性措施。

一、橋梁混凝土裂縫的類型及成因

1.收縮裂縫。由于水泥水化產(chǎn)物的體積比反應(yīng)前物質(zhì)的總體積要小，使混凝土凝固時(shí)產(chǎn)生收縮，稱為化學(xué)收縮或凝縮；混凝土在硬化進(jìn)程中伴隨水分的蒸發(fā)，體積逐漸減小稱為干縮，化學(xué)收縮和干縮合稱為收縮。另外，由于混凝土干燥進(jìn)程是由表面逐漸擴(kuò)展到內(nèi)部的，在混凝土內(nèi)部體現(xiàn)為含水梯度的變化，因此，表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不勻稱收縮會(huì)導(dǎo)致表面混凝土承擔(dān)拉力，內(nèi)部混凝土承擔(dān)壓力，當(dāng)表面混凝土所承受拉力超出其抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)收縮裂縫。

2.溫度裂縫?；炷潦芩嗨艧帷㈥?yáng)光照射、大氣和周圍溫度、電弧焊接等因素影響，會(huì)產(chǎn)生冷熱變化，出現(xiàn)收縮和膨脹，在其內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超出混凝土強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)的裂縫稱為溫度裂縫。因?yàn)榛炷潦菬岬牟涣紝?dǎo)體，初期水化產(chǎn)生的大量熱量難以蒸發(fā)，澆筑大體積混凝土后，內(nèi)部溫度高于外部，這使內(nèi)部混凝土出現(xiàn)明顯的體積膨脹，而外部混凝土卻因氣溫降低而冷卻收縮。這種內(nèi)部膨張和外部收縮的相互作用，使混凝土容易產(chǎn)生溫度裂縫。蒸氣養(yǎng)護(hù)和冬季施工時(shí)倘若決策不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均也會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫。在新舊混凝土接頭處，沿接縫面垂直方向常因水化熱因素出現(xiàn)溫度裂縫。當(dāng)構(gòu)件較長(zhǎng)且兩端穩(wěn)固時(shí)，由于周圍溫度變化會(huì)使構(gòu)件出現(xiàn)附加溫度應(yīng)力，此附加應(yīng)力和原有內(nèi)力合力超出混凝土強(qiáng)度時(shí)會(huì)出現(xiàn)破壞裂縫。

3.荷載作用下產(chǎn)生的裂縫。

（1）彎曲裂縫。在混凝土梁上加彎矩時(shí)會(huì)出現(xiàn)彎曲裂縫，對(duì)受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件來(lái)說(shuō)，彎曲裂縫最先表現(xiàn)在彎矩最大截面混凝土受拉區(qū)。梁板構(gòu)成的正彎矩裂縫一般位于跨中，從底部開始向上延展，負(fù)彎矩裂縫在連續(xù)或懸臂梁板支座附近，自上向下延展。隨著荷載增大，裂縫寬度加大，長(zhǎng)度加深，縫數(shù)也增多，裂縫區(qū)域日益向兩側(cè)延展。

（2）剪切裂縫。剪切裂縫也稱斜裂縫，最先出現(xiàn)在剪應(yīng)力最大位置。對(duì)受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件來(lái)說(shuō)，裂縫通常出現(xiàn)在支座附近。伴隨荷載加大，裂縫長(zhǎng)度將不斷增加并向受壓區(qū)延展，裂縫縫數(shù)不斷增多且開岔，裂縫區(qū)也日益向跨中方向拓寬，因此，剪切裂縫一旦產(chǎn)生就必須強(qiáng)化察看。若裂縫延展緩慢且限制在受拉區(qū)，裂縫寬度在限值內(nèi)是可以允許的；但若裂縫不斷延展或裂縫已趨近受壓區(qū)，則不管裂縫寬度和長(zhǎng)度怎樣均需及時(shí)進(jìn)行必要的穩(wěn)固處理。

（3）斷開裂縫。鋼筋混凝土構(gòu)件受拉時(shí)，介入整個(gè)截面的裂縫稱為斷開裂縫。受拉構(gòu)件在承載作用下出現(xiàn)的裂縫都沿正截面裂開。受拉構(gòu)件在內(nèi)力較小時(shí)，混凝土和鋼筋均勻承受拉力，伴隨內(nèi)力加大，混凝土內(nèi)拉應(yīng)力逐漸達(dá)到其受拉極限，混凝土出現(xiàn)裂縫。隨著荷載繼續(xù)加大，鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服極限，鋼筋伸長(zhǎng)率增加，裂縫變寬，超出設(shè)計(jì)規(guī)范允許的寬度，這時(shí)構(gòu)件將被破壞。

（4）鋼筋銹蝕引起的裂縫。由于混凝土品質(zhì)差、維護(hù)層厚度不夠或被碳化使鋼筋四周混凝土堿度減少等，都會(huì)破壞鋼筋表面的氧化膜，進(jìn)而產(chǎn)生銹蝕反應(yīng)。銹蝕物氫氧化鐵體積會(huì)比原來(lái)增加約2～4倍，進(jìn)而對(duì)四周混凝土施加膨脹應(yīng)力，致使維護(hù)層混凝土開裂、剝離，鋼筋沿縱向出現(xiàn)裂縫。鋼筋銹蝕會(huì)使鋼筋有效斷面縮減，鋼筋和混凝土的咬合力變?nèi)酰斐蓸?gòu)件承載力減弱，從而產(chǎn)生裂縫。而其他裂縫的出現(xiàn)又會(huì)加大鋼筋銹蝕程度，最終導(dǎo)致構(gòu)件損壞。要預(yù)防鋼筋銹蝕，關(guān)鍵要保證其有充足的維護(hù)層厚度；施工時(shí)要選擇合適的混凝土水灰比，還要加大振搗，以確保混凝土的密實(shí)性，并且要嚴(yán)格控制含氯鹽外加劑用量，對(duì)沿海地區(qū)或有其他強(qiáng)腐蝕性的空氣、地下水地區(qū)特別要慎用含氯鹽外加劑。

二、混凝土橋梁裂縫的修補(bǔ)方法

1.表面封閉修補(bǔ)法。一般在混凝土表層沿寬度較小的裂縫涂抹樹脂保護(hù)膜，在裂縫寬度有可能變化時(shí)，可涂抹具有跟蹤性的焦油環(huán)氧樹脂等材料。在裂縫多并且密集或者混凝土老化、砂漿離析的組成物上也應(yīng)涂抹保護(hù)膜。

2.鑿深槽嵌補(bǔ)法。先沿裂縫敲出一條深槽，槽形依據(jù)裂縫方位和填補(bǔ)材質(zhì)而定，之后在槽內(nèi)嵌補(bǔ)各種黏結(jié)材質(zhì)，如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲凝等。

3.表面噴漿法。在經(jīng)鑿毛處理的裂縫表層噴射一層緊密且強(qiáng)度高的水泥砂漿維護(hù)層密封裂縫。依據(jù)裂縫部位、性質(zhì)和修補(bǔ)需要與要件的不同，可采取無(wú)筋素噴漿或掛網(wǎng)噴漿綜合鑿槽嵌補(bǔ)等修補(bǔ)方法。

4.打箍加固封閉法。當(dāng)鋼筋混凝土發(fā)生主應(yīng)力裂縫時(shí)，可采取在裂縫處加箍使裂縫封閉的辦法。箍需用扁鋼焊成或圓鋼做成，可以直箍也可以斜箍，其方向需與裂縫方向垂直。箍和梁上下面接觸處可以以角鋼或鋼板加墊。角鋼或鋼板面積和箍橫截面積，按修補(bǔ)加固位置主應(yīng)力的大小、箍安全應(yīng)力和混凝土抗壓強(qiáng)度計(jì)算確認(rèn)。

5.粘貼鋼板法。將整個(gè)鋼板粘貼在待修補(bǔ)的裂縫部位，讓其與原有混凝土成為一體，進(jìn)而提升其對(duì)活載的抵抗力。使用的粘貼鋼板厚度一般在4.5～6 mm，而混凝土與鋼板的黏結(jié)劑通常采用環(huán)氧基液黏結(jié)劑。

6.注入法粘貼鋼板。在混凝土表層和鋼板之間加墊塊讓兩者之間有一定空隙，用環(huán)氧樹脂膠泥密封四周，之后注入環(huán)氧樹脂，同時(shí)排出空隙中的空氣。由于從一方注入環(huán)氧樹脂容易殘留氣泡，因而，施工時(shí)通常用木槌隨時(shí)敲打鋼板以保證灌實(shí)。這種施工法雖然費(fèi)時(shí)，但即便混凝土表層不平整也能進(jìn)行施工。

三、結(jié)論

伴隨我國(guó)公路橋梁事業(yè)的發(fā)展和對(duì)裂縫展開機(jī)理的進(jìn)一步研究，對(duì)裂縫影響因素的研究也日益量化。伴隨建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展和計(jì)算軟件的運(yùn)用，大部分因素對(duì)鋼筋混凝土裂縫的影響可以通過(guò)計(jì)算較為精確地預(yù)測(cè)，進(jìn)而能夠采用合適的策略預(yù)防和制約裂縫的開展。