桥梁混凝土结构裂缝产生的原因分析

2015-04-07康建仁骆宏兵

四川水泥 2015年4期

关键词：体积水泥桥梁

康建仁骆宏兵

（江苏省交通科学研究院股份有限公司）

桥梁混凝土结构裂缝产生的原因分析

康建仁骆宏兵

（江苏省交通科学研究院股份有限公司）

桥梁在施工过程、使用过程中，会产生各种原因出现的裂缝，会严重影响桥梁的安全使用，以及桥梁的寿命。本文通过分析桥梁产生裂缝的原因，并力图提出相应的解决方案。

桥梁裂缝原因处理

引言

随着我国交通建设的大发展，各地都有大量的桥梁在建。在桥梁的建设及使用过程中因各种问题导致的混凝土开裂问题一直是影响工程质量的难题，而通过分析产生裂缝的原因，其中有一部分裂缝问题是可以通过一定的技术措施予以解决的。

1 混凝土桥梁裂缝种类及成因

混凝土桥梁裂缝产生原因多种多样，有的并非单一原因，而是多种因素的复合影响。就其产生的主要原因，各种裂缝大致可划分如下几种：

1.1 施工引起的裂缝

在桥梁的混凝土结构施工中，浇筑过程，拆模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若其施工工艺不合理、施工质量不合格，则可能导致结构部件出现各种裂缝。比较典型常见的有：

（1）钢筋绑扎不合格或者钢筋变形导致的结构有效截面积变小，二相对的保护层厚度变厚，从而形成受力钢筋垂直方向的裂缝。

（2）混凝土在振捣过程中出现的裂缝。主要由于振捣不密实、不均匀，蜂窝麻面和空洞较多，导致钢筋出现锈蚀从而产生膨胀裂缝。

（3）混凝土在搅拌运输的过程中，由于搅拌运输时间过长，使混凝土较干硬，混凝土坍落度过低，导致浇筑和振捣难度加大，使得在混凝土体上出现小规则的收缩裂缝。

（4）混凝土浇筑好后在养护时未能保证适合的温湿度，在混凝土与空气接触过程中，导致混凝土结构表面出现许多细小的收缩裂缝。

（5）在养护后后期，由于混凝土强度尚未达到拆模标准时就提前拆掉模板，导致混凝土因自身自重而出现裂缝。

（6）在浇筑混凝土之前未对支架进行充分预压或压实不足，导致浇筑后出现不均匀沉降，又或支架刚度不足，导致的混凝土出现裂缝。

1.2 温度变化导致的裂缝

混凝土在施工过程和使用过程中，内部或外部的温度产生较大变化，使得混凝土自身出现热胀冷缩导致的发生变形，若变形较大，其产生的应力超过混凝土自身抗拉强度时则产生温度裂缝。其主要产生的温变原因有：

（1）年温差。（2）日照。（3）骤然降温。（4）水化热。

1.3 收缩导致的裂缝

在工程施工中，混凝土自身的收缩也会导致出现裂缝，如混凝土干缩导致的体积变化而出现的裂缝。

1.4 基础变形导致的裂缝

在桥梁施工过程和后续的使用过程中，有时不可避免的会出现桥梁基础的变形，如地基沉降或水平方向的侧向土应力等导致的混凝土结构开裂。主要产生基础不均匀沉降的几种原因有：

（1）地质勘察资料出现的误差，桥梁基础置于滑坡体或溶洞等不良地质时造成的不均匀沉降。

（2）地基地质问题。（3）基础是由分期建造的。（4）地基出现较严重的冻胀。

1.5 荷载导致的裂缝

混凝土桥梁在日常使用中因静载和动载产成的各种裂缝统称为荷载裂缝，主要分为直接应力裂缝和次应力裂缝两种。

1.6 钢筋锈蚀导致的裂缝

该项是由于混凝土自身品质较差或者钢筋保护层厚度不达标，导致钢筋产生锈蚀，钢筋出现锈蚀后体积产生膨胀，从而对周围的混凝土产生一点的应力，进而导致混凝土出现裂缝，严重的更会使得混凝土剥落，从而使得整体混凝土结构强度减低，极大的影响了桥梁结构的安全性和使用寿命。

要防止钢筋锈蚀在结构施工时应控制混凝土的水灰比并保证混凝土的振捣效果和密实性，严防腐蚀性介质侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量。

2 控制桥梁裂缝的几种措施

2.1 施工材料的控制

对于桥梁施工质量的控制措施，一是要保证对施工工艺的控制，这也是控制质量的关键，相关方案都要严格按照有关规定进行；同时对工程原材料的质量把控也相当重要。钢筋、水泥、砂石和水等都应进行必要的抽样检验。如混凝土的配合比应进行相应的对比试验，对砂、石应进行含水量试验，通过对原材料质量的严格把控来确保混凝土的施工质量。

2.1.1 水泥

桥梁混凝土结构的施工属于大体积混凝土施工，大体积混凝土施工中水泥水化热产生的内外温差是导致出现温度应力裂缝的主要原因。因此水泥的质量控制是控制是大体积混凝土施工质量的关键环节。大体积混凝土所用水泥应采用低水化热、后期强度高的水泥，同时在施工过程中有必要采用相应的外加剂辅助施工。另外，大体积混凝土施工中严禁使用安定性不良的水泥，防止养护和使用中产生膨胀性裂缝，影响工程质量。

2.1.2 粗细骨料

对于桥梁混凝土施工工程，砂石骨料的选择一般应根据施工条件，在保证质量的前提下，尽量减少水泥用量，一方面节省成本，同时也尽量减少混凝土的收缩。在相同的配合比条件下，使用碎石的混疑土强度高，抗裂性能也较卵石的高，所以对于大体积混凝土工程，由于抗裂度要求高，施工时宜采用碎石作为粗骨料。

2.1.3外加剂

混凝土外加剂是指在混凝土拌和和施工过程中掺入用以改善和提升混凝土性能的物质。加入一种或多种外加剂复合使用，能有效提升混凝土性能的同时尽可能减低不利因素的作用。如减水剂可在保证混凝土满足设计强度的同时减少水泥用量等，通过多种方法防止混凝土产生开裂。

2.1.4 掺和料

在拌制混凝土时加入掺合料，主要是为了节约水泥，从而达到降低成本，并改善混凝土部分性能。常用的有粉煤灰、硅灰、磨细矿渣、烧粘土等，其中粉煤灰的应用最为普遍。粉煤灰的添加对于大体积混凝土施工有着重要意义，特别是可以有效减少混凝土中水泥水化热的产生中，从而减少裂缝出现的风险。

2.2 施工工艺的控制

2.2.1 拌和与振捣过程

在混凝土搅拌过程中，投料可采用二次投料工艺，可有效提升拌合效果，增加混凝土的均匀性和粘结性，从而强度可得到一定程度的提高。在大体积混凝土基础的垂直施工缝施工时，应尽可能采用二次振捣，一般宜在混凝土浇注后1小时左右进行。

2.2.2 浇注过程

大体积混凝土结构的施工应在施工条件允许的情况下，尽可能采取分层多次浇注，施工层的结合部应按施工缝进行处理以减少水化热的产生和不利影响。每层浇筑的厚度可视具体情况而定，一般可在0.5-2.0 m范围内，两层浇筑时间的选择宜在下层温度有明显下降，上层混凝土的热量不会明显影响到下层为准。

2.2.3 温度的控制

对于桥梁施工这样的大体积混凝土施工，温度的控制是保证质量的中的一个重要环节，同时控制好温度也是防止温度裂缝的关键，在整个施工过程中应采取相应措施，如对所用集料进行降温，施工中采用冰水拌合，注意防止烈日暴晒等，同时需十分注重对所浇筑混凝土温度的监测。施工中应随时测温，即配备建议测温装置，如便携式电子温度计等。在浇筑结束后期养护过程中应对结构内外温差及周边环境温度等进行监测。

2.2 3 特殊部位的施工

桥梁施工中应十分注意审查工程结构设计图纸，复核板厚、钢筋等参数。

施工中注意检查钢筋的直径和间距、上下层钢筋之间的有效高度、钢筋的锚固长度、下层钢筋的保护层垫板厚度及分布等是否符合设计、施工规范要求。

混凝土浇筑时，应有专任施工技术人员进行过程控制，专人负责呵呵管理，严格按照施工规范规定，严禁在现浇混凝土未达到设计强度之前拆模，重视事前控制，加强钢筋工程的隐蔽验收。