钢筋混凝土桥梁裂缝成因分析和防治方法

2012-08-15王银锁

山西建筑 2012年2期

王银锁

1 概述

混凝土因取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状，并且具有耐火性好、不易老化、养护费用低等特点，而成为当今世界桥梁中使用最为广泛的材料。同时，混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及外加材料混合而硬化后形成的非均质脆性材料，在硬化成型后存在着微孔隙和微裂缝，结构物通常是带缝工作。为了避免桥梁工程中出现危害较大的裂缝，有必要对混凝土桥梁裂缝的成因提高认识，进而加强防治。

2 裂缝的种类和成因

2.1 塑性收缩裂缝

塑性裂缝多在新浇筑的混凝土构件暴露于空气中的上表面出现，塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性裂缝产生的主要原因为:混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等。

2.2 沉降收缩裂缝

沉降裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致，或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。

2.3 温度裂缝

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，当水泥用量在350 kg/m3～550 kg/m3，每立方米混凝土将释放出17 500 kJ～27 500 kJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。

2.4 荷载引起裂缝

荷载裂缝是指混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝，主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。其中直接应力裂缝产生是由设计、施工、使用的原因引起的。设计原因为设计计算结构受力与实际受力不符，结构安全性系数不高。如梁板结构的弯曲裂缝和剪切裂缝，正弯矩裂缝一般位于跨中，从底边开始向上发展，悬臂结构负弯矩区裂缝通常在支座附近，由上向下发展，剪切裂缝通常发生在受弯结构和压弯结构的支座附近，由下开始，沿着与轴线成45°左右开裂;施工原因为施工时不按施工设计图要求的加载顺序进行，改变结构受力模式;使用原因主要有超载车辆或撞击。次应力裂缝产生原因有结构物实际工作状态同常规计算有出入或者应力集中导致混凝土出现开裂。

2.5 施工材料质量引起的裂缝

混凝土是由水泥、砂石骨料、外加剂和水拌合凝结反应形成，所用原材料质量不合格可导致结构物出现裂缝。

2.5.1 水泥

水泥安定性不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标，氧化钙在凝结过程中水化反应很慢，在水泥混凝土初凝后仍然继续水化，这样导致已经硬化的水泥混凝土开裂。水泥强度不足可直接造成混凝土强度不足，从而出现裂缝。

2.5.2 砂石骨料

砂石粒径太小、级配不连续，将导致拌合后的混凝土收缩增大，砂石中云母含量较高会削弱水泥与骨料的粘结力，降低混凝土强度，这都会引起混凝土出现裂缝。

2.5.3 外加剂和水

外加剂和水中含氯化物对钢筋有锈蚀作用，从而影响混凝土与钢筋的握裹力，导致钢筋结构物出现裂缝。

2.6 施工工艺质量引起的裂缝

在混凝土结构物浇筑、脱模、运输、堆放、拼装过程中，如工艺不合理，可产生裂缝，主要有:1)混凝土保护层过厚，导致钢筋骨架有效高度减小，易形成裂缝。特别是在普通钢筋混凝土箱梁底板处表现更为明显。2)混凝土初期养护不善，导致混凝土表面失水过快出现收缩裂缝。3)混凝土振捣不密实，出现蜂窝、空洞现象，导致裂缝;施工环节衔接不畅，浇筑中形成薄弱接缝导致出现裂缝。4)施工管理不善，随意改变水灰比，导致混凝土凝结时收缩增加，出现裂缝。

3 裂缝的预防与修补

3.1 裂缝的预防

通过对裂缝的成因分析，产生裂缝的原因是多方面的，主要归纳为设计、施工和管理方面的疏忽造成的。因此要从源头加强管理，重视设计，尤其是超过20m跨径的现浇混凝土箱梁尽量采用预应力结构，并且适当提高截面高度;超宽幅桥梁用墩帽宜采用预应力结构，以保证悬臂端不出现负弯矩裂缝。加强工程施工管理，从原材料、施工工艺、混凝土养护等各个方面入手，层层把关，规范施工，是完全可以避免危害结构裂缝的产生。

3.2 裂缝的修补

3.2.1 表面处理法

表面处理法包括表面涂刷法、表面铺设法和表面抹灰法。表面涂刷法是在混凝土表面沿着裂缝涂刷薄膜型表面涂料，阻塞细小裂缝，减少渗漏，防止钢筋锈蚀。涂刷材料有水泥浆、油漆、沥青、环氧树脂等。表面铺设法是沿裂缝铺设环氧树脂玻璃布或橡胶沥青棉纸等，起到粘贴封闭裂缝的作用。表面抹灰法可用1∶2～1∶2.5的水泥砂浆抹平，在抹砂浆之前，必须用钢丝刷和加压水洗刷基层，结合面保持湿润，抹灰初凝后要加强养护工作，保证砂浆与结构粘结牢固。

3.2.2 填充密封法

该方法是将裂缝表面凿成凹槽，然后填以填充材料进行修补。包括刚性材料填充法、弹性材料填充法。刚性材料填充法通常采用普通水泥砂浆、膨胀砂浆或树脂砂浆等材料填充，首先将裂缝手工剔凿或用机械开槽，再填充。弹性材料填充法一般用丙烯酸树脂、硅酸酯、聚硫化物、合成橡胶等材料填充。

3.2.3 压力灌浆法

压力灌浆法不仅能修补混凝土表面，而且能注入到混凝土内部，对裂缝进行粘合、封闭和补强。为了提高灌浆的饱满度，灌浆时一般都施加一定的压力。灌浆材料有水泥灌浆、化学物灌浆、沥青灌浆。常用水泥灌浆一般采用42.5R级普通水泥，配备成合适的稠度(水灰比宜取0.3～0.6)，将灌浆压力控制在0.4mPa～0.6mPa。化学物灌浆一般采用环氧灌浆，环氧树脂与混凝土、金属有很高的粘结力，并具有稳定性好、收缩性小、抗渗、耐磨高的优点，目前广泛应用于水利、交通运输、石油化工等工程中。施工时可采用单孔和多孔同时灌浆，按照由下向上的顺序进行。在压力达到设计时，再保持压力稳定，直至灌浆满足要求。

3.2.4 粘贴钢板施工法

采用环氧树脂将钢板粘贴在需要修补的裂缝位置上，从而使钢板与混凝土表面牢固结合形成整体，共同抵御荷载。