混凝土因其性能穩(wěn)定、材料來源廣泛、耐久性好、養(yǎng)護需求低且可以經過澆筑工藝形成各種工程所需要的形狀等特點，在工程建設中廣泛應用。但混凝土也存在較多難以克服的缺點，主要表現在抗拉性能差，容易形成裂縫。如果這些裂縫沒有得到及時正確的處治，任其進一步發(fā)展，最終將產生嚴重的工程危害。

 

一、混凝土橋梁裂縫類型及成因

1、收縮裂縫

在實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮。塑性收縮發(fā)生在施工過程中，混凝土澆筑后4-5小時左右，水泥水化反應激烈，分子鏈逐漸形成，出現泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時骨料因自重下沉，此時混凝土尚未硬化。

縮水收縮是在混凝土結硬后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小時產生的收縮。影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標號及用量、骨料品種、水灰比、外摻劑、養(yǎng)護方法、外界環(huán)境、振搗方式及時間。

2、溫度裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質，當外部環(huán)境或內部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，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。引起溫度變化主要因素有：年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸汽養(yǎng)護或冬季施工措施不當等。

由于混凝土是熱的不良導體，水化初期放出大量熱量難以散發(fā)，大體積混凝土澆筑后，內部溫度較外部高，這將使內部混凝土產生顯著的體積膨脹，而外部混凝土卻隨氣溫降低而冷卻收縮。這種內部膨脹和外部收縮相互制約，極易產生溫度裂縫。蒸氣養(yǎng)護及冬季施工時如措施不當，混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均，也易產生溫度裂縫。

 

當構件較長，且兩端固定時，由于周圍溫度變化將產生附加的溫度應力，該附加應力和原有內力的合力超過混凝土強度時就會產生破壞裂縫。

在新舊混凝土接頭處，沿接縫面的垂直方向常因水化熱的原因而產生溫度裂縫。

3、荷載作用下產生的裂縫

(1)彎曲裂縫

在混凝土梁上施加彎矩時，將產生彎曲裂縫。對受彎構件和壓彎構件來說，彎曲裂縫首先出現在彎矩最大截面的混凝土受拉區(qū)。梁板結構的正彎矩裂縫一般位于跨中，從底邊開始向上發(fā)展。負彎矩裂縫位于連續(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，縫數增多，裂縫區(qū)域逐漸向兩側發(fā)展。

(2)剪切裂縫

剪切裂縫也稱斜裂縫，首先發(fā)生在剪應力最大的部位。對受彎構件和壓彎構件，裂縫往往發(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，就應加強觀察。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，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及時予以必要的加固處理。

(3)斷開裂縫

鋼筋混凝土構件受拉時，進入整個截面的裂縫稱為斷開裂縫。受拉構件在荷載作用下產生的裂縫均沿正截面開裂，裂縫間距有一定規(guī)律。受拉構件在內力較小時，混凝土和鋼筋均勻承受拉力，隨著內力增大，混凝土內拉應力達到其受拉極限，產生裂縫并退出工作，但裂縫寬度小于規(guī)定限值，全部拉力由鋼筋承擔，這是允許出現裂縫構件的工作狀態(tài)。

當荷載繼續(xù)增大，鋼筋應力達到屈服極限，鋼筋伸長率較大，裂縫很寬，超過設計規(guī)范允許寬度的許多倍，這時多為使用所不允許的或構件將接近破壞的狀態(tài)。

 

4、鋼筋銹蝕引起的裂縫

因混凝土質量較差，或保護層厚度不足，或保護層被碳化使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或有氯化物浸入等等，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞而發(fā)生銹蝕反應;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跡滲到混凝土表面。鋼盤銹蝕使得鋼筋有效斷面減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結構承載力下降，繼而將誘發(fā)其它形式的裂縫，而其它裂縫的產生又會加劇鋼筋銹蝕，最后可能導致結構破壞。

要防止鋼筋銹蝕。主要應確保鋼筋有足夠的保護層厚度(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);施工時應控制混凝土的水灰比，并應加強振搗，保證混凝土的密實性：還要嚴格控制含氯鹽的外加劑用量，對沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區(qū)尤其應慎用含氯鹽的外加劑。

基礎不均勻沉降引起的裂縫

由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結構中產生附加應力，超出混凝土結構的抗拉能力，導致結構開裂�；�礎不均勻沉降的主要原因有：地質勘察精度不夠、試驗資料不準;地基地質差異太大;結構荷載差異太大;結構基礎類型差別太大;地在凍脹;橋梁基礎基于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質時，可能造成不均勻沉降。

 

5、凍脹引起的裂縫

大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現冰凍，游離的水轉變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產生膨脹應力;同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導致裂縫出現。

施工質量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質量不合格，可能導致結構出現裂縫。在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質量低劣，容易產生縱向的、橫向等各種裂縫，特別是細長薄壁結構更容易出現。

 

      一、裂縫修補方法

1、表面封閉修補法

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在活動的裂縫。通常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、砂漿離析的結構物上也可大面積涂抹保護膜。而表面貼補法一般用于大面積漏水的防滲堵漏。

2、鑿深槽修補法

寬度小于0.3mm，深度較淺的裂縫、以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采用取開V型槽：先沿裂縫鑿一條深槽，槽形根據裂縫位置和填補材料而定，然后在槽內嵌補各種黏結材料，如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲凝等，作業(yè)簡單，費用低。

3、表面噴漿法

在經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。根據裂縫的部位、性質和修補要求與條件，還可采用無筋素噴漿修補方法。

4、打箍加固封閉法

當鋼筋混凝土產生主應力裂縫時，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力的大小、箍的安全應力及混凝土的抗壓強度通過計算確定。

5、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。

①粘鋼：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，從而提高對活荷載的抵抗力。用于粘貼的鋼板厚度一般為4.5 mm～6 mm，而混凝土與鋼板的粘接劑一般采用環(huán)氧基液粘接劑。

②灌膠：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。

6、仿生自愈合法

仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分，在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統(tǒng)，當混凝土出現裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

7、裂縫處理效果檢查

包括修補材料試驗、鉆芯取樣試驗、壓水試驗、壓氣試驗等。

結語

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裂縫。因此，嚴格按照國家有關規(guī)范、技術標準進行設計、施工和監(jiān)理，是保證結構安全耐用的前提和基礎。在運營管理過程中，進一步加強巡查和管理，及時發(fā)現和處理問題，也是相當重要的環(huán)節(jié)。

隨著我國公路橋梁事業(yè)的發(fā)展和對裂縫的進一步研究，影響因素逐漸量化。隨著結構計算理論的發(fā)展和計算軟件的應用，大部分因素對鋼筋混凝土裂縫的影響能夠較準確的計算出來，采取適當的措施可以預防和控制裂縫開展。

  

(新媒體責編：syhz0808)