混凝土桥梁结构裂缝的产生原因及防治措施

邓勇邦

摘要：
   由于混凝土的价格便宜且抗压性能好，因此在桥涵工程建设中得到了广泛的应用。但是混凝土也存在着一定的缺陷，主要表现为易开裂及抗拉能力差等。因此本文就针对混凝土桥梁结构裂缝的成因及防治展开研究。
关键词：混凝土桥梁结构；裂缝；成因；防治
一、裂缝的成因及种类
（一）荷载导致的裂缝
常规的静、动荷载以及次应力均会使混凝土桥梁产生裂缝，我们就称之后荷载裂缝，这种裂缝又分为次应力裂缝及直接应力裂缝两种，所谓的次应力裂缝指的是外荷载所引起次应生而出现的裂缝；而直接应力裂缝则是外荷载引起的直接应力而出现的裂缝。在实际的工程项目中，比较常见的是次应力裂缝，多数属于张拉、剪切或者劈裂等性质。
（二）温度变化导致的裂缝
混凝土自身具有热胀冷缩的性质，如果外部或者内部环境出现变化，混凝土就会产生变形，如果变形受到一定的约束，则其结构内部就会产生应力，一旦应力超出了混凝土的抗拉强度，裂缝就随之产生。在一些跨径较大的桥梁中，温度应力甚至可以超出活载应力。与其它裂缝最大的不同是温度裂缝会随着温度的变化而变化。导致温度变化的主要原因包括日照、温差、水化热、骤然降温或者冬季施工不当等等。
（三）收缩而导致的裂缝
    混凝土结构最常见的裂缝问题多数是由于混凝土的收缩导致的，而在收缩的种类中，干缩及塑性收缩又是造成混凝土发生变形的主要因素。相关的研究结果证明，造成收缩裂缝最主要的原因包括水泥的品种、标号和用量、混凝土中骨料的品种、外掺剂及水灰比、养护方式和振捣的方法、外界的环境等等。
（四）地基变形导致的裂缝
    因为基础会发生竖向不均匀沉降，或者水平方向产生位移，从而结构中会出现附加应力，这种附加应力会超过混凝土的抗拉能力，从而造成结构裂缝的产生。造成基础不均匀沉降的主要因素包括前期地质勘探精度不足和试验资料不准确；地基地质的差异过大；结构的荷载及基础的类型差异过大；地基冻胀以及活动断层、溶洞和滑坡体等不良地质。
（五）钢筋锈蚀导致的裂缝
    因为在施工过程中，控制措施较差导致保护层的厚度不够，混凝土的保护层就受到空气中二氧化碳的侵蚀，造成钢筋表面的碳化，从而降低钢筋四周混凝土的碱度；或者由于介入了氯化物致使钢筋四周含有较高的氯离子，从而破坏钢筋表面的氧化膜，出现锈蚀，锈蚀的产物氢氧化铁的体积呈数倍增长，出现膨胀应力，最终造成混凝土的裂缝或者剥离，出现裂缝且锈迹会渗入到混凝土的表面。因为出现锈蚀，不但会减少钢筋有效断面的面积，削弱了钢筋和混凝土的握裹力，降低结构的承载力，而且还会诱发其它形式的裂缝，加快破坏结构的速度。
（六）冻胀导致的裂缝
当空气中的温度在零度以下，由于混凝土吸水饱和，所以会出来冰冻的现象，原本游离的水变成冻，体积发生膨胀，从而混凝土就会出现膨胀应力。此外，混凝土凝胶孔中存在的过冷水，其结冰条件为-78度以下，在微观结构中会进行重新分布或者迁移，造成渗透压，导致混凝土的膨胀压力增加，降低了混凝土的强度，最终出现裂缝。特别是在混凝土初凝阶段，受冻最严重，在混凝土成龄后会有很大的强度损失。
（七）施工材料质量导致的裂缝
    通常混凝土的主要组成材料包括水泥、砂、拌和水、外加剂以及骨料和掺合料等等。如果材料质量不合格，或者杂质的含量多，都会造成混凝土结构产生裂缝。比如，水泥的安定性及强度达不到要求，或者受潮、过期、较高的含碱量等；砂石滑料的粒径过细，级配不良，较大的空隙率等，会加大水泥与拌和水的用量，使得混凝土强度受到影响，加大收缩。如果砂石的含泥量大，也会使混凝土的强度、抗渗性及抗冻性有所降低；其它一些轻物质或者有机质的含量过多，会使水泥的硬化过程放慢，从而降低混凝土的强度，尤其是早期强度；而砂石中的硫化物会和水泥中铝酸三钙产生化学反应，导致体积膨胀。此外，如果拌和水和外加剂中的氯化物含量过高，则会对钢筋锈蚀产生直接影响。
二、裂缝的处理措施
（一）工程概况
   某工程桥梁跨径为20m、8孔的钢筋混凝土T梁，因为该桥梁修建时间较长，无论是施工质量还是技术措施均有一定的问题，加之日益增加的交通量，造成桥梁的承载力不足，尤其是产生裂缝后影响到了结构的耐久性、强度、刚度以及外观。通过对该桥梁进行全面的病害检查，做了相关的检测研究，发现T梁底板处存在大量横向裂缝，而腹板则出现斜裂及竖向裂缝等问题。底板的裂缝宽度约为0.2到 0.4mm，而且一些裂缝已经贯通了底板。
（二）问题分析及处理策施
1、裂缝的主要成因分析
   首先来看一下垂直裂缝的成因：由该桥出现垂直裂缝的部位来看，结构截面中点是裂缝的最大值，不只是中部一处有裂缝，而且出现了数条有规律性的裂缝。这是由于中部出现第一条裂缝时，结构就会为两块，每块中部的最大应力值均比混凝土的抗拉强度要大，因此又分裂为两部分，直至中部的拉应力小于混凝土抗拉强度为止。其次为产生横向裂缝的原因：这是由于断面的强度不够，造成验算裂缝时无法满足实际的要求。有些断面有尺寸不够、混凝土标号较低以及受力钢筋不足等问题。如果截面的正应力超出限定值，就会在正弯矩下缘和负弯矩上缘出现裂缝，这种裂缝的特点就是由一侧向外延伸，直至贯通全截面，如果严重时会沿着腹板垂直上升，在集中弯矩附的分布。如果主拉应力超出限度，裂缝会呈现出从腹板中部向上、下缘延伸的特点，并且大概为45°方向。第三，纵向裂缝的成因：出现这种问题主要是因为结构的配筋不合量，构造腹板的钢筋密度不够。
2、处理措施
   第一，处理表面的裂缝时，先沿着裂缝的走向采用人工凿出一条约3公分的坎口，采用高压压注环氧砂浆的方法，按照裂缝宽度的大小进行胶液的灌注，在灌注过程中要进行适当的调整，按照自下往上的顺序进行施工。灌浆的基本流程如下：先对裂缝的表面进行处理，然后把压浆咀埋设好；封闭裂缝后要进行仔细检查，然后进行压浆液的配置，再进行压力灌浆，进行封口后再进行最后的外观处理。
   第二，一些细小的裂缝通过表面处理将其进行封闭即可，表面处理的过程如下：先用钢丝刷把混凝土表面做打毛处理，然后用水清洗干净自然干燥，接下来在裂纹表面铺贴上环氧树脂浸渍的玻璃布即可。
   第三，一些宽度比较大但是在剔槽是不会对已施加的预应力损失产生影响裂缝，可以通过充填的方法进行处理。其处理过程如下：在混凝土的表面沿着裂缝的两侧挖凿出两条沟槽，将中间部分剔除，使其形成“V”形槽，并将其清理干净，用水冲湿，接下来刷素水泥浆，再将膨胀砂浆填充进去，在表面抹压湿面进行养护。
  第四，在处理剥落或者露筋等部位时，可以采用梁底添置钢筋的方法进行加固，其过程如下：首先清除钢筋的锈迹，凿掉已经松动的保护层，如果露出主筋则把原箍筋切断拉直；接下来把需要补充的钢筋缠上或者焊接在暴露的原有主筋之上；第三步进行箍筋的恢复，即接长原箍筋并焊接成型。此外，如果损坏的面积不大，则利用环氧砂浆进行修补即可，如果损坏的面积过大，则采用高标号的水泥砂浆进行喷注。最后进行混凝土保护层的浇筑，材料为环氧树脂混凝土。
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