桥面砼裂缝成因及其治理方法

朱卫国　齐勤芬

摘要：水泥混凝土裂缝原因分析和修复方法在工程界受到广泛关注，而桥梁建筑作为工程施工中的重要工程类型，桥面混凝土裂缝更是关系生产建筑安全、交通安全的重中之重，文章粗略分析了一下造成裂缝的原因和治理办法。

关键词：桥面砼裂缝成因；水泥混凝土；桥梁伸缩缝

中图分类号：U418.6

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)03-0039-02

一、桥面砼裂缝成因分析

(一)水泥混凝土自身的原因

水泥混凝土是脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的1/10左右。桥面砼铺装层表面积很大，因此受气候(温度)的影响会热胀冷缩。为提高行车的舒适性，目前常采用桥面连续设计，用以克服过长的桥面连续板块所造成的受温度应力影响。

1．混凝土自身的收缩。混凝土收缩是指混凝土在空气中硬结时体积减小的现象。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时(支承条件、钢筋等)，将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。

2．砼桥面设计不当。一般来说，混凝土的徐变是产生裂缝的直接原因。混凝土徐变是指混凝土在应力作用下，其应变随时间而持续增长的特性。影响混凝土徐变变形的因素主要有：水泥用量，水泥龄期与结构、强度，另外还有桥面的面积大小，厚度(一般不超过8cm)，都可能影响徐变从而造成桥面裂缝。

3．桥梁伸缩缝安装不当。桥梁伸缩缝安装的原因，使得伸缩缝处应力过于集中，在该处容易产生裂缝。现有的桥梁伸缩缝材质使用年限短，因而造成该部分维修周期短，严重破坏了桥体连接处的完整性，对桥面形成侧压，造成裂缝。

(二)交通负荷造成的裂缝

混凝土桥面在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应压力裂缝、次应压力裂缝两种。

1．直接应压力裂缝。直接应压力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不相符合；荷载少算甚至漏项；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性；设计断面不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当：设计图纸交代不明等。而到了施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。在使用阶段，超出设计载荷的重型车辆过桥；受车辆、船舶的接触、撞击；还有一些诸如大风、大雪、地震、爆炸等自然灾害。

2．次应压力裂缝。次应压力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。同样，桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。大量数据表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。

(三)外界温度和湿度

由于混凝土自身的原因，加上外界的温度和湿度的变化和不适应，很容易产生裂缝变形。桥梁混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高。混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。

二、裂缝的预防

(一)混凝土的选料和配置

大量研究数据表明混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。于是，对于桥梁中的混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙(C3A)，其他成分依次为硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)和铁铝酸四钙(C4AF)。另外，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终的发热量。因此在桥梁混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。我们应该充分利用混凝土的后期强度，以减少水泥的用量。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28d向混凝土施加设计荷载，因此将试验混凝土标准强度的龄期向后推迟至56d或者90d是合理的。这样充分利用后期强度则可以每m³混凝土减少水泥40Kg～70Kg左右，混凝土内部的温度相应降低4℃～7℃。另外，可以在混凝土中掺入一定量的粉煤灰，用以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值。减少水泥用量。要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的方法之一。UFA膨胀剂作为外加剂，可以等量替换水泥，一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力，以抵消混凝土中产生的部分拉应力。减水缓凝剂，并应保证一定的坍落度。这样可以延缓水化热的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。

(二)加强早期养护，提高砼强度，降低气温对砼早期的不利影响

混凝土养护必须按本程序所列的规范、标准和实用建议的要求进行。养护期间所有的混凝土都要覆盖，需进行修整的表面在修好后继续覆盖养护，养护要保持混凝土在合适的湿度或合适的水份蒸发率，以保证混凝土具有很好的耐久性和强度及避免由于收缩而产生裂缝。混凝土养护至少为七天，浇注在养护期内不能受太阳直射、干风、过热、冷水和雨水的影响。混凝土养护可采用盖吸水材料保持一定湿度的方法。

(三)选择合理的连续桥面的长度，控制长宽比，在负弯矩增强抗拉钢筋

对于连续桥面来说，板中所受的弯矩就是正弯矩，板的下面受压；墙体上支撑的板所受的弯矩就是负弯矩，板的上面受压。在保证桥面平整顺畅及行车舒适的前提下，合理确

定伸缩缝宽度；改变传统的伸缩缝结构位置，将其从原桥梁端部移至距梁端60cm处，称之为“桥面滑动伸缩缝”。

(四)加强桥梁伸缩缝的施工，严格控制施工质量、平整度、减轻冲击荷载的影响

为满足桥面变形的要求，通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置伸缩缝。要求伸缩缝在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向，均能自由伸缩，牢固可靠，车辆行驶过时应平顺、无突跳与噪声；要能防止雨水和垃圾泥土渗入阻塞；安装、检查、养护、消除污物都要简易方便。在设置伸缩缝处，栏杆与桥面铺装都要断开。该施工通过严格控制施工质量、掌握施工日期和现场勘察，将桥面平整度控制到最佳状态，并可以最大限度的减轻缓冲由于交通冲击荷载造成对桥面的压强和破坏。

三、裂缝的治理

对于混凝土裂缝，应以预防为主，为此需要精心设计、审慎施工，但是由于目前采用的防止裂缝的安全系数较小，且实际情况又复杂多变，所以实际工程中还是难免出现裂缝。对于表面裂缝因为其对结构应压力、耐久性和安全基本没有影响，一般不予以处理。对深层裂缝和贯穿裂缝可以采取凿除裂缝，可以用风镐、风钻或人工将裂缝凿除，直至看不见裂缝为止，凿槽断面为梯形再在上面浇筑混凝土。限裂钢筋，在处理较深的裂缝时，一般是在混凝土已充分冷却后，在裂缝上铺设1～2层的钢筋后再继续浇筑新混凝土。对比较严重的裂缝可以采取水泥灌浆和化学灌浆。水泥灌浆适用于裂缝宽度在0.5cm以上时，对于裂缝宽度小于0.5cm时应采取化学灌浆。化学灌浆材料一般使用环氧－糠醛丙酮系等浆材。当然，桥梁从竣工到投入使用，涉及设计、施工、监理、管理等多个部门的协调。因此设计疏漏、施工低劣、监理不力，均可能使混凝土桥梁出现裂缝。因此，严格按照国家建设部门有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中，进一步加强巡查和管理，及时发现和处理问题，也是相当重要的一个环节。

总之，桥面裂缝是涉及桥梁混凝土质量、桥梁构架设计、施工安全管理等综合因素的反映，同时也是关乎工程施工安全、交通安全的重大问题所在。因此，研究桥面裂缝的成因，是反馈桥梁设计、混凝土配比和调剂、施工管理等工程项目当中每个环节的重要手段。当然，还要考察到施工以外的其他外部原因，才能够针对问题提出可行的治理修复方案。