淺析混凝土橋梁裂縫的成因及修補方法

摘要：我國高度重視路橋在國家發(fā)展中的重要作用，所以交通基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)展，混凝土橋梁更是重中之重。所以關(guān)于混凝土裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)橋梁垮塌的報道也應(yīng)運而生。有些并非施工技術(shù)要求不高，正因如此也讓人困惑不難解。其實，加強對施工環(huán)境的了解，在采取一定的設(shè)計和施工措施，很多裂縫是可以控制的。所以本文對混凝土橋梁裂縫的種類和產(chǎn)生的原因作了很多的分析、總結(jié)，以便設(shè)計、施工找出控制裂縫的可行辦法，達到防范于未然的作用。

關(guān)鍵詞：混凝；橋梁；裂縫；成因；修補

一、橋梁混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土橋梁裂縫的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾種：

1、混凝土自身應(yīng)力形成的裂縫

1)收縮裂縫

混凝土凝固時，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，因而產(chǎn)生收縮，稱為化學(xué)收縮或凝縮-混凝土在硬化過程中隨著水分的逐漸蒸發(fā)，體積逐漸減小，稱為干縮，化學(xué)收縮與千縮合稱為收縮。混凝土的干燥過程是由表面逐漸擴展到內(nèi)部的，在混凝土內(nèi)部呈現(xiàn)含水梯度，因此產(chǎn)生表面收縮大，內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，導(dǎo)致表面混凝土承受拉力，內(nèi)部混凝土承受壓力。當(dāng)表面混凝土所受的拉力超過其抗托強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。

2)溫度裂縫

混凝土受水泥水化放熱、陽光照射、大氣及周圍溫度，電弧焊接等因素影響，而出現(xiàn)冷熱變化時，將發(fā)生收縮和膨脹，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力超過混凝土強度時，即產(chǎn)生裂縫，稱為溫度裂縫。

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)部溫度遠(yuǎn)較外部為高，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。

2、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，將產(chǎn)生彎曲裂縫。對受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件來說，彎曲裂縫首先出現(xiàn)在彎矩最大的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。對受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件，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，裂縫長度將不斷增長并向受壓區(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大。剪切裂縫一旦出現(xiàn)，就應(yīng)加強觀察。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)，則不論其寬度和長度如何都應(yīng)及時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，進入整個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，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)裂縫的構(gòu)件的工作狀態(tài)。荷載繼續(xù)增大，鋼筋應(yīng)力達到屈服極限，鋼筋伸長率較大，裂縫很寬，超過設(shè)計規(guī)范允許寬度的許多倍，這時多為使用所不允許的或構(gòu)件將接近破壞的狀態(tài)。

4)扭曲裂縫

混凝土構(gòu)件受扭轉(zhuǎn)與彎曲同時作用而產(chǎn)生的裂縫稱為扭曲裂縫。該裂縫一般呈45°傾斜方向。鋼筋混凝土構(gòu)件在扭曲作用下，產(chǎn)生的裂縫一般有許多條，裂縫出現(xiàn)后混凝土保護層剝落，扭曲產(chǎn)生的扭矩改由鋼筋承擔(dān)，直至鋼筋滑動時構(gòu)件完全破壞。

二、裂縫的修補方法

1、表面封閉修補法

1)表面涂抹

通常是在混凝土表面沿寬度較小的裂縫涂抹樹脂保護膜，在裂縫寬度有可能變動時，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膜。

2)“V”形或“U”形槽口充填修補

在只用上述表面涂抹處理不能充分修補的場合，可采用如下方法：在混凝土表面沿裂縫鑿出“V”形或“U”形槽口，然后用樹脂砂漿充填修補。填補前要用鋼絲刷清除鑿后已浮動的混凝土碎片，必要時可先上底層涂料然后填塞樹脂砂漿。

3)鑿深槽嵌補

先沿裂縫鑿一條深槽，槽形根據(jù)裂縫位置和填補材料而定，然后在槽內(nèi)嵌補各種粘結(jié)材料，如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲凝等。

4)表面噴漿

噴漿修補是在經(jīng)鑿毛處理的裂縫表面，噴射一層密實而且強度高的水泥砂漿保護層來封閉裂縫的一種修補方法。根據(jù)裂縫的部位、性質(zhì)和修補要求與條件，可采用無筋素噴漿，或掛網(wǎng)噴漿結(jié)合鑿槽嵌補等修補方法。 5)打箍加固封閉法 當(dāng)鋼筋混凝土產(chǎn)生主應(yīng)力裂縫時，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度通過計算確定。

2、壓力灌漿法修補裂縫

先將結(jié)構(gòu)物的裂縫或孔隙與外界封閉，僅留出進漿口及排氣孔，然后將配制的較低粘度的漿液通過壓漿泵以一定的壓力將漿液壓人縫隙內(nèi)并使其擴散、膠凝固化，以達到恢復(fù)整體性、強度、耐久性及抗?jié)B性的目的。

1)水泥灌漿修補法

實施灌漿前應(yīng)對修補部位裂縫再仔細(xì)檢查一遍，以確定修補數(shù)量、范圍、鉆孔眼位置及漿液數(shù)量。灌漿一般采用不低于42.5級的普通水泥，灌漿壓力一般為4.05×105～6.08×105Pa，漿液濃度一般不小于1.6:1(水與水泥的重量比)。灌漿加壓設(shè)備，在工程量較大時宜采用灌漿機、灌(壓)漿泵，也可采用風(fēng)泵加壓。工程量不大時可用手壓泵施工，工程量特小時，可采用類似打氣筒等工具改制成的注射器施工。

2)化學(xué)灌漿法修補裂縫

灌漿材料應(yīng)具備粘結(jié)強度高、可灌性好等基本要求，一般常采用環(huán)氧和甲凝兩類材料。環(huán)氧灌漿是以環(huán)氧樹脂為主體，它的粘結(jié)力強，穩(wěn)定性好、收縮小，耐腐蝕及機械強度高，裂縫寬度在0.1mm以上時采用環(huán)氧灌漿。甲凝灌漿是以甲基丙烯酸甲酯為主體，它具有粘度低可灌性好、抗拉強度高等特點，常用于修補裂縫寬度在0.1mm以下的細(xì)裂縫。灌漿一般采用純壓法灌漿。對于細(xì)小裂縫漿液需要較長的膠凝時間，常采用單液法灌漿，此時將所用的漿液在泵前混在一起，用灌漿機進行灌注。對于較寬的裂縫，要求漿液膠凝時間較短，常采用雙液法灌漿，此時將所用的漿分成兩大部分，用灌漿機分兩路送至灌漿孔口混合裝置再灌入裂縫。灌漿可采用單孔或群孔同時灌漿，但必須留有一定數(shù)量的排氣孔。當(dāng)在長裂縫上同時布有幾個灌漿孔時，可按裂縫的深淺由下而上的順序進行灌漿。

3、粘貼鋼板施工法

粘貼鋼板施工法是將整個鋼板粘貼于待修補的裂縫位置上，使其與原有的混凝土成為整體，從而提高對活載的抵抗力。用于粘貼的鋼板厚度一般為4.5～6mm，而混凝土與鋼板的粘結(jié)劑一般采用環(huán)氧基液粘結(jié)劑。

1)注入法粘貼鋼板

這種方法是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，而后從注入口注入環(huán)氧樹脂，同時排出空隙中的空氣。由于是從一方注入因而容易殘留氣泡，施工時一般用木槌隨時敲打鋼板來確定是否灌實。這種施工法雖然費時，但即使混凝土表面不平整也可進行施工。

2)壓粘法粘貼鋼板

這種施工方法是在混凝土表面及鋼板表面各涂上1～2mm厚的環(huán)氧樹脂，然后利用已固定在混凝土中的錨桿把鋼板壓緊在混凝土面上，隨著環(huán)氧樹脂被擠出，粘貼面之間的空氣也被排出。用這種方法幾乎不會殘留氣泡，粘結(jié)效果也好。此法適用于混凝土表面平整的場合。