混凝土橋梁裂縫的成因與對策

河南省信陽市交通質監定額站 余坤洋

混凝土橋梁裂縫的成因與對策

河南省信陽市交通質監定額站 余坤洋

在橋梁建設過程中，混凝土開裂是“常發病”和“多發病”，困擾著橋梁工程技術人員。筆者結合橋梁的實際檢測經驗，綜合近幾年國內外對混凝土橋梁裂縫的研究，對不同類別的混凝土橋梁裂縫產生的原因做出了較為全面的分析和歸納，便于在設計、施工中找出控制橋梁裂縫的可行性措施。

一、橋梁混凝土裂縫的類型及成因

1.收縮裂縫。由于水泥水化產物的體積比反應前物質的總體積要小，使混凝土凝固時產生收縮，稱為化學收縮或凝縮；混凝土在硬化進程中伴隨水分的蒸發，體積逐漸減小稱為干縮，化學收縮和干縮合稱為收縮。另外，由于混凝土干燥進程是由表面逐漸擴展到內部的，在混凝土內部體現為含水梯度的變化，因此，表面收縮大、內部收縮小的不勻稱收縮會導致表面混凝土承擔拉力，內部混凝土承擔壓力，當表面混凝土所承受拉力超出其抗拉強度時就會出現收縮裂縫。

2.溫度裂縫。混凝土受水泥水化放熱、陽光照射、大氣和周圍溫度、電弧焊接等因素影響，會產生冷熱變化，出現收縮和膨脹，在其內部產生溫度應力，當溫度應力超出混凝土強度時出現的裂縫稱為溫度裂縫。因為混凝土是熱的不良導體，初期水化產生的大量熱量難以蒸發，澆筑大體積混凝土后，內部溫度高于外部，這使內部混凝土出現明顯的體積膨脹，而外部混凝土卻因氣溫降低而冷卻收縮。這種內部膨張和外部收縮的相互作用，使混凝土容易產生溫度裂縫。蒸氣養護和冬季施工時倘若決策不當，混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均也會出現溫度裂縫。在新舊混凝土接頭處，沿接縫面垂直方向常因水化熱因素出現溫度裂縫。當構件較長且兩端穩固時，由于周圍溫度變化會使構件出現附加溫度應力，此附加應力和原有內力合力超出混凝土強度時會出現破壞裂縫。

3.荷載作用下產生的裂縫。

（1）彎曲裂縫。在混凝土梁上加彎矩時會出現彎曲裂縫，對受彎構件和壓彎構件來說，彎曲裂縫最先表現在彎矩最大截面混凝土受拉區。梁板構成的正彎矩裂縫一般位于跨中，從底部開始向上延展，負彎矩裂縫在連續或懸臂梁板支座附近，自上向下延展。隨著荷載增大，裂縫寬度加大，長度加深，縫數也增多，裂縫區域日益向兩側延展。

（2）剪切裂縫。剪切裂縫也稱斜裂縫，最先出現在剪應力最大位置。對受彎構件和壓彎構件來說，裂縫通常出現在支座附近。伴隨荷載加大，裂縫長度將不斷增加并向受壓區延展，裂縫縫數不斷增多且開岔，裂縫區也日益向跨中方向拓寬，因此，剪切裂縫一旦產生就必須強化察看。若裂縫延展緩慢且限制在受拉區，裂縫寬度在限值內是可以允許的；但若裂縫不斷延展或裂縫已趨近受壓區，則不管裂縫寬度和長度怎樣均需及時進行必要的穩固處理。

（3）斷開裂縫。鋼筋混凝土構件受拉時，介入整個截面的裂縫稱為斷開裂縫。受拉構件在承載作用下出現的裂縫都沿正截面裂開。受拉構件在內力較小時，混凝土和鋼筋均勻承受拉力，伴隨內力加大，混凝土內拉應力逐漸達到其受拉極限，混凝土出現裂縫。隨著荷載繼續加大，鋼筋應力達到屈服極限，鋼筋伸長率增加，裂縫變寬，超出設計規范允許的寬度，這時構件將被破壞。

（4）鋼筋銹蝕引起的裂縫。由于混凝土品質差、維護層厚度不夠或被碳化使鋼筋四周混凝土堿度減少等，都會破壞鋼筋表面的氧化膜，進而產生銹蝕反應。銹蝕物氫氧化鐵體積會比原來增加約2～4倍，進而對四周混凝土施加膨脹應力，致使維護層混凝土開裂、剝離，鋼筋沿縱向出現裂縫。鋼筋銹蝕會使鋼筋有效斷面縮減，鋼筋和混凝土的咬合力變弱，造成構件承載力減弱，從而產生裂縫。而其他裂縫的出現又會加大鋼筋銹蝕程度，最終導致構件損壞。要預防鋼筋銹蝕，關鍵要保證其有充足的維護層厚度；施工時要選擇合適的混凝土水灰比，還要加大振搗，以確保混凝土的密實性，并且要嚴格控制含氯鹽外加劑用量，對沿海地區或有其他強腐蝕性的空氣、地下水地區特別要慎用含氯鹽外加劑。

二、混凝土橋梁裂縫的修補方法

1.表面封閉修補法。一般在混凝土表層沿寬度較小的裂縫涂抹樹脂保護膜，在裂縫寬度有可能變化時，可涂抹具有跟蹤性的焦油環氧樹脂等材料。在裂縫多并且密集或者混凝土老化、砂漿離析的組成物上也應涂抹保護膜。

2.鑿深槽嵌補法。先沿裂縫敲出一條深槽，槽形依據裂縫方位和填補材質而定，之后在槽內嵌補各種黏結材質，如環氧砂漿、瀝青、甲凝等。

3.表面噴漿法。在經鑿毛處理的裂縫表層噴射一層緊密且強度高的水泥砂漿維護層密封裂縫。依據裂縫部位、性質和修補需要與要件的不同，可采取無筋素噴漿或掛網噴漿綜合鑿槽嵌補等修補方法。

4.打箍加固封閉法。當鋼筋混凝土發生主應力裂縫時，可采取在裂縫處加箍使裂縫封閉的辦法。箍需用扁鋼焊成或圓鋼做成，可以直箍也可以斜箍，其方向需與裂縫方向垂直。箍和梁上下面接觸處可以以角鋼或鋼板加墊。角鋼或鋼板面積和箍橫截面積，按修補加固位置主應力的大小、箍安全應力和混凝土抗壓強度計算確認。

5.粘貼鋼板法。將整個鋼板粘貼在待修補的裂縫部位，讓其與原有混凝土成為一體，進而提升其對活載的抵抗力。使用的粘貼鋼板厚度一般在4.5～6 mm，而混凝土與鋼板的黏結劑通常采用環氧基液黏結劑。

6.注入法粘貼鋼板。在混凝土表層和鋼板之間加墊塊讓兩者之間有一定空隙，用環氧樹脂膠泥密封四周，之后注入環氧樹脂，同時排出空隙中的空氣。由于從一方注入環氧樹脂容易殘留氣泡，因而，施工時通常用木槌隨時敲打鋼板以保證灌實。這種施工法雖然費時，但即便混凝土表層不平整也能進行施工。

三、結論

伴隨我國公路橋梁事業的發展和對裂縫展開機理的進一步研究，對裂縫影響因素的研究也日益量化。伴隨建筑結構計算理論的發展和計算軟件的運用，大部分因素對鋼筋混凝土裂縫的影響可以通過計算較為精確地預測，進而能夠采用合適的策略預防和制約裂縫的開展。