混凝土因其性能穩(wěn)定、材料來源廣泛、耐久性好、養(yǎng)護(hù)需求低且可以經(jīng)過澆筑工藝形成各種工程所需要的形狀等特點(diǎn)，在工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用。但混凝土也存在較多難以克服的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在抗拉性能差，容易形成裂縫。如果這些裂縫沒有得到及時(shí)正確的處治，任其進(jìn)一步發(fā)展，最終將產(chǎn)生嚴(yán)重的工程危害。

 

一、混凝土橋梁裂縫類型及成因

1、收縮裂縫

在實(shí)際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。塑性收縮發(fā)生在施工過程中，混凝土澆筑后4-5小時(shí)左右，水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時(shí)骨料因自重下沉，此時(shí)混凝土尚未硬化。

縮水收縮是在混凝土結(jié)硬后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小時(shí)產(chǎn)生的收縮。影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標(biāo)號(hào)及用量、骨料品種、水灰比、外摻劑、養(yǎng)護(hù)方法、外界環(huán)境、振搗方式及時(shí)間。

2、溫度裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。引起溫度變化主要因素有：年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工措施不當(dāng)?shù)取?/p>

由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體，水化初期放出大量熱量難以散發(fā)，大體積混凝土澆筑后，內(nèi)部溫度較外部高，這將使內(nèi)部混凝土產(chǎn)生顯著的體積膨脹，而外部混凝土卻隨氣溫降低而冷卻收縮。這種內(nèi)部膨脹和外部收縮相互制約，極易產(chǎn)生溫度裂縫。蒸氣養(yǎng)護(hù)及冬季施工時(shí)如措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，也易產(chǎn)生溫度裂縫。

 

當(dāng)構(gòu)件較長(zhǎng)，且兩端固定時(shí)，由于周圍溫度變化將產(chǎn)生附加的溫度應(yīng)力，該附加應(yīng)力和原有內(nèi)力的合力超過混凝土強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生破壞裂縫。

在新舊混凝土接頭處，沿接縫面的垂直方向常因水化熱的原因而產(chǎn)生溫度裂縫。

3、荷載作用下產(chǎn)生的裂縫

(1)彎曲裂縫

在混凝土梁上施加彎矩時(shí)，將產(chǎn)生彎曲裂縫。對(duì)受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件來說，彎曲裂縫首先出現(xiàn)在彎矩最大截面的混凝土受拉區(qū)。梁板結(jié)構(gòu)的正彎矩裂縫一般位于跨中，從底邊開始向上發(fā)展。負(fù)彎矩裂縫位于連續(xù)或懸臂粱板的支座附近，自上向下發(fā)展。

隨著荷載的增大，裂縫寬度增大，長(zhǎng)度延伸，縫數(shù)增多，裂縫區(qū)域逐漸向兩側(cè)發(fā)展。

(2)剪切裂縫

剪切裂縫也稱斜裂縫，首先發(fā)生在剪應(yīng)力最大的部位。對(duì)受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件，裂縫往往發(fā)生于支座附近。由下部開始，沿著與軸線成25°～50°左右的角度裂開。隨著荷載增大。裂縫長(zhǎng)度將不斷增長(zhǎng)并向受壓區(qū)發(fā)展，裂縫縫數(shù)不斷增多并分岔，裂縫區(qū)也逐漸向跨中方向擴(kuò)大。

剪切裂縫一旦出現(xiàn)，就應(yīng)加強(qiáng)觀察。如裂縫發(fā)展緩慢并限制在受拉區(qū)。裂縫寬度在限值以內(nèi)，此時(shí)還允許;但如裂縫不斷發(fā)展或者裂縫已接近受壓區(qū)，則不論其寬度和長(zhǎng)度如何都應(yīng)及時(shí)予以必要的加固處理。

(3)斷開裂縫

鋼筋混凝土構(gòu)件受拉時(shí)，進(jìn)入整個(gè)截面的裂縫稱為斷開裂縫。受拉構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生的裂縫均沿正截面開裂，裂縫間距有一定規(guī)律。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，隨著內(nèi)力增大，混凝土內(nèi)拉應(yīng)力達(dá)到其受拉極限，產(chǎn)生裂縫并退出工作，但裂縫寬度小于規(guī)定限值，全部拉力由鋼筋承擔(dān)，這是允許出現(xiàn)裂縫構(gòu)件的工作狀態(tài)。

當(dāng)荷載繼續(xù)增大，鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服極限，鋼筋伸長(zhǎng)率較大，裂縫很寬，超過設(shè)計(jì)規(guī)范允許寬度的許多倍，這時(shí)多為使用所不允許的或構(gòu)件將接近破壞的狀態(tài)。

 

4、鋼筋銹蝕引起的裂縫

因混凝土質(zhì)量較差，或保護(hù)層厚度不足，或保護(hù)層被碳化使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或有氯化物浸入等等，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞而發(fā)生銹蝕反應(yīng);銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長(zhǎng)約2～4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫并有銹跡滲到混凝土表面。鋼盤銹蝕使得鋼筋有效斷面減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，繼而將誘發(fā)其它形式的裂縫，而其它裂縫的產(chǎn)生又會(huì)加劇鋼筋銹蝕，最后可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

要防止鋼筋銹蝕。主要應(yīng)確保鋼筋有足夠的保護(hù)層厚度(保護(hù)層亦不能太厚，否則構(gòu)件有效高度減小，受力時(shí)將加大裂縫寬度);施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的水灰比，并應(yīng)加強(qiáng)振搗，保證混凝土的密實(shí)性：還要嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量，對(duì)沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎用含氯鹽的外加劑。

基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫

由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。基礎(chǔ)不均勻沉降的主要原因有：地質(zhì)勘察精度不夠、試驗(yàn)資料不準(zhǔn);地基地質(zhì)差異太大;結(jié)構(gòu)荷載差異太大;結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別太大;地在凍脹;橋梁基礎(chǔ)基于滑坡體、溶洞或活動(dòng)斷層等不良地質(zhì)時(shí)，可能造成不均勻沉降。

 

5、凍脹引起的裂縫

大氣氣溫低于零度時(shí)，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力;同時(shí)混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

施工質(zhì)量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向等各種裂縫，特別是細(xì)長(zhǎng)薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。

 

      一、裂縫修補(bǔ)方法

1、表面封閉修補(bǔ)法

包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法。表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫，深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的裂縫，不伸縮的裂縫以及不在活動(dòng)的裂縫。通常在混凝土表面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動(dòng)時(shí)，可采用具有跟蹤性的焦油環(huán)氧樹脂等材料。在裂縫多而且密集或者混凝土老化、砂漿離析的結(jié)構(gòu)物上也可大面積涂抹保護(hù)膜。而表面貼補(bǔ)法一般用于大面積漏水的防滲堵漏。

2、鑿深槽修補(bǔ)法

寬度小于0.3mm，深度較淺的裂縫、以及小規(guī)模裂縫的簡(jiǎn)易處理可采用取開V型槽：先沿裂縫鑿一條深槽，槽形根據(jù)裂縫位置和填補(bǔ)材料而定，然后在槽內(nèi)嵌補(bǔ)各種黏結(jié)材料，如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲凝等，作業(yè)簡(jiǎn)單，費(fèi)用低。

3、表面噴漿法

在經(jīng)鑿毛處理的裂縫表面，噴射一層密實(shí)而且強(qiáng)度高的水泥砂漿保護(hù)層來封閉裂縫的一種修補(bǔ)方法。根據(jù)裂縫的部位、性質(zhì)和修補(bǔ)要求與條件，還可采用無筋素噴漿修補(bǔ)方法。

4、打箍加固封閉法

當(dāng)鋼筋混凝土產(chǎn)生主應(yīng)力裂縫時(shí)，可采用在裂縫處加箍使裂縫封閉的方法。箍可用扁鋼焊成或圓鋼制成，可以直箍也可以斜箍。其方向應(yīng)和裂縫方向垂直。箍與梁的上下面接觸處可墊以角鋼或鋼板。角鋼或鋼板面積及箍的橫截面積，按修補(bǔ)加固部位主應(yīng)力的大小、箍的安全應(yīng)力及混凝土的抗壓強(qiáng)度通過計(jì)算確定。

5、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法

因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長(zhǎng)時(shí)間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低、火災(zāi)造成裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等。

①粘鋼：將整個(gè)鋼板粘貼于待修補(bǔ)的裂縫位置上，使其與原有的混凝土成為整體，從而提高對(duì)活荷載的抵抗力。用于粘貼的鋼板厚度一般為4.5 mm～6 mm，而混凝土與鋼板的粘接劑一般采用環(huán)氧基液粘接劑。

②灌膠：在混凝土表面與鋼板之間加墊塊等使兩者之間保持一定空隙，并用環(huán)氧樹脂膠泥封閉四周，而后注入環(huán)氧樹脂。同時(shí)排出空隙中的空氣。由于是從一方注入因而容易殘留氣泡，施工時(shí)一般用木槌隨時(shí)敲打鋼板來確定是否灌實(shí)。這種施工法雖然費(fèi)時(shí)，但即使混凝土表面不平整也可進(jìn)行施工。

6、仿生自愈合法

仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對(duì)受創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能，在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分，在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

7、裂縫處理效果檢查

包括修補(bǔ)材料試驗(yàn)、鉆芯取樣試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)、壓氣試驗(yàn)等。

結(jié)語

由上述可知，設(shè)計(jì)疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力，均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。因此，嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理，是保證結(jié)構(gòu)安全耐用的前提和基礎(chǔ)。在運(yùn)營(yíng)管理過程中，進(jìn)一步加強(qiáng)巡查和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題，也是相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。

隨著我國(guó)公路橋梁事業(yè)的發(fā)展和對(duì)裂縫的進(jìn)一步研究，影響因素逐漸量化。隨著結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展和計(jì)算軟件的應(yīng)用，大部分因素對(duì)鋼筋混凝土裂縫的影響能夠較準(zhǔn)確的計(jì)算出來，采取適當(dāng)?shù)拇胧┛梢灶A(yù)防和控制裂縫開展。

  

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