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混凝土橋梁裂縫病害的成因分析

2015-05-15　

 　　 隨著科技的不斷發(fā)展，許多新材料、新技術被廣泛使用于公路橋梁中。但混凝土因其取材廣泛、抗壓強度高、可塑性好，并且耐火性好、不易風化、養(yǎng)護費用低等優(yōu)點，成為當今世界建筑結構中使用最廣泛的建筑材料?；炷磷钪饕娜秉c是抗拉能力差，容易開裂。其實，如果采取一定的設計和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。

 　　在現(xiàn)實當中，混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要原因?；炷翗蛄寒a生裂縫病害的原因，大致可劃分如下幾種：

 　　一、  荷載引起的裂縫

 　　1、橋梁直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的原因有：

 　　（1）、設計計算階段，結構計算時荷載少算或部分漏算；結構受力假設與實際受力不符；內力與配筋計算錯誤；結構設計時與施工的脫節(jié)；設計斷面不足；鋼筋設置偏少或布置錯誤；結構剛度不足；構造處理不當；設計圖紙交代不清等。

 　?。?）、施工階段，不加限制地堆放施工機具、材料；不了解預制結構受力特點，隨意翻身、起吊、運輸、安裝；不按設計圖紙施工，擅自更改結構施工順序，改變結構受力模式；不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算；混凝土未達到強度要求時就進行上部施工等。

 　?。?）、使用階段，超出設計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風、大雪、地震、爆炸等。

 　　2、橋梁次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。裂縫產生的原因有：

 　?。?）、在設計外荷載作用下，由于結構物實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。

 　?。?）、橋梁結構中經常需要鑿槽、開洞、設置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用準確的圖式進行模擬計算，一般根據(jù)經驗設置受力鋼筋。研究表明，受力構件挖孔后，應力流將產生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產生巨大的應力集中。在長跨預應力連續(xù)梁中，經常在跨內根據(jù)截面內力需要截斷鋼束，設置錨頭，而在錨頭斷面附近經?？梢钥吹搅芽p。因此，若處理不當，在這些結構的轉角處或構件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現(xiàn)裂縫。

 　　二、溫度變化引起的裂縫

 　　橋梁結構能夠觀察到的嚴重裂縫損害，很多都是由于溫度引起的內應力和約束應力所造成的?；炷辆哂袩崦浝淇s性質，當外部環(huán)境或結構內部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形受到約束，則在結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。

 　　以下情況易產生溫度裂縫：薄、厚構件的連接處易發(fā)生裂縫：在箱形橋梁中，當橋面板的溫度與底板的溫度有較大差別時，箱形梁腹板處容易開裂；澆注大體積混凝土時，由于產生水化熱，致使混凝土內外溫度差過大，使得混凝土表面開裂；混凝土在降溫收縮時受到約束，內部產生拉應力，混凝土也容易開裂。此外，蒸汽養(yǎng)護或冬季施工措施不當，混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均，也易導致裂縫的產生。

 　　三、  鋼筋銹蝕引起的裂縫

 　　由于混凝土質量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2-4倍，從而對周圍混凝土產生膨脹應力，導致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產生裂縫，并有銹蝕滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結構承載力下降，并將誘發(fā)其他形式的裂縫，加據(jù)鋼筋銹蝕，導致結構破壞。

 　　要防止鋼筋銹蝕，設計時應根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護層厚度（當然保護層亦不能太厚，否則構件有效高度減小，受力時將加大裂縫寬度）施工時應規(guī)范振搗，保證混凝土的密實性，保證鋼筋與混凝土緊密結合；無隔離氣泡。

 　　四、  施工方法及材料質量引起的裂縫

 　　冬季施工時，采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法養(yǎng)護以及在混凝土拌合水中摻入防凍劑；但不宜使用氯鹽，可保證混凝土在低溫或負溫條件下硬化，以減小混凝土凍脹裂縫的可能性。

 　　在橋梁下部結構施工中，常采用對拉螺栓來固定模板。對拉螺栓下表面常形成一道貫穿性的毛細孔，這種毛細孔在外部水壓力作用下，將產生滲水現(xiàn)象，也即為發(fā)生凍脹裂縫提供了條件。因此，下部結構施工中，應盡量減少對拉螺栓的使用，或模板拆除后應及時用砂漿堵牢。

 　　嚴格控制混凝土原材料的質量，特別注意控制骨料的含泥量，含泥量的增加會大大降低混凝土的抗拉強度。應注意振搗，在施工條件的允許下宜進行二次振搗，以提高混凝土的抗裂性，同時還可有效防止塑性裂縫。采用合理的養(yǎng)護措施，如采用冷卻水管進行外蓄內散綜合養(yǎng)護措施，實行信息化自動控制。

 　　為防止由于氣候干燥、初期養(yǎng)護不好、混凝土凍漲以及大氣溫度變化產生的裂縫，加強混凝土在凝結硬化過程中的自熱養(yǎng)護、蓄熱養(yǎng)護、采用引氣劑使混凝土內部氣泡均勻分布以及采用預留溫度伸縮縫等措施。

 　　施工過程要加強管理，嚴格控制質量?；炷翞⑺B(yǎng)護時間應適當延長，尤其注意早期養(yǎng)護，在有條件的情況下，可噴灑養(yǎng)護劑，這樣可有效地防止干縮裂縫和塑性裂縫的出現(xiàn)。

 　　為減小混凝土塑性收縮，施工時應嚴格控制混凝土的水灰比，加強振搗，保證混凝土的密實性，防止氧氣侵入，同時嚴控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其他存在腐蝕性強的空氣、地下水區(qū)更應慎重。

 　　為減小大體積混凝土表面出現(xiàn)裂縫，施工中應根據(jù)實際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥單位用量；降低骨料入模溫度，提高混凝土表面溫度，縮小內外溫差，并緩慢降溫，必要時可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進行內部散熱。

 　　五、混凝土橋梁裂縫病害的處理建議

 　　1是表面處理法：包括表面涂抹和表面貼補法，表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細而淺的裂縫，深度未達到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的裂縫，不伸縮的裂縫以及不再活動的裂縫。表面貼補法適用于大面積漏水的防滲堵漏。

 　　2是灌漿法；此法應用范圍廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。

 　　3是結構補強法；因超荷載產生的裂縫，裂縫長時間不處理導致的混凝土耐久性降低，火災造成裂縫等影響結構強度可采取結構補強法，錨固補強法，預應力法等。

 　　4是混凝土裂縫處理效果的檢查；包括修補材料試驗，鉆芯取樣試驗，壓水試驗，壓氣試驗等。

 　　由上述可知，設計疏漏，施工低劣，監(jiān)理不力，均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。通過對產生裂縫病害的成因分析，采取切實可行的處理方法，在運營管理過程中，進一步加強巡查和管理，盡量做到及時發(fā)現(xiàn)及時處理，保證橋梁壽命持久，也是相當重要的環(huán)節(jié)。

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