混凝土桥梁裂缝的成因与对策

河南省信阳市交通质监定额站 余坤洋

混凝土桥梁裂缝的成因与对策

河南省信阳市交通质监定额站 余坤洋

在桥梁建设过程中，混凝土开裂是“常发病”和“多发病”，困扰着桥梁工程技术人员。笔者结合桥梁的实际检测经验，综合近几年国内外对混凝土桥梁裂缝的研究，对不同类别的混凝土桥梁裂缝产生的原因做出了较为全面的分析和归纳，便于在设计、施工中找出控制桥梁裂缝的可行性措施。

一、桥梁混凝土裂缝的类型及成因

1.收缩裂缝。由于水泥水化产物的体积比反应前物质的总体积要小，使混凝土凝固时产生收缩，称为化学收缩或凝缩；混凝土在硬化进程中伴随水分的蒸发，体积逐渐减小称为干缩，化学收缩和干缩合称为收缩。另外，由于混凝土干燥进程是由表面逐渐扩展到内部的，在混凝土内部体现为含水梯度的变化，因此，表面收缩大、内部收缩小的不匀称收缩会导致表面混凝土承担拉力，内部混凝土承担压力，当表面混凝土所承受拉力超出其抗拉强度时就会出现收缩裂缝。

2.温度裂缝。混凝土受水泥水化放热、阳光照射、大气和周围温度、电弧焊接等因素影响，会产生冷热变化，出现收缩和膨胀，在其内部产生温度应力，当温度应力超出混凝土强度时出现的裂缝称为温度裂缝。因为混凝土是热的不良导体，初期水化产生的大量热量难以蒸发，浇筑大体积混凝土后，内部温度高于外部，这使内部混凝土出现明显的体积膨胀，而外部混凝土却因气温降低而冷却收缩。这种内部膨张和外部收缩的相互作用，使混凝土容易产生温度裂缝。蒸气养护和冬季施工时倘若决策不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均也会出现温度裂缝。在新旧混凝土接头处，沿接缝面垂直方向常因水化热因素出现温度裂缝。当构件较长且两端稳固时，由于周围温度变化会使构件出现附加温度应力，此附加应力和原有内力合力超出混凝土强度时会出现破坏裂缝。

3.荷载作用下产生的裂缝。

（1）弯曲裂缝。在混凝土梁上加弯矩时会出现弯曲裂缝，对受弯构件和压弯构件来说，弯曲裂缝最先表现在弯矩最大截面混凝土受拉区。梁板构成的正弯矩裂缝一般位于跨中，从底部开始向上延展，负弯矩裂缝在连续或悬臂梁板支座附近，自上向下延展。随着荷载增大，裂缝宽度加大，长度加深，缝数也增多，裂缝区域日益向两侧延展。

（2）剪切裂缝。剪切裂缝也称斜裂缝，最先出现在剪应力最大位置。对受弯构件和压弯构件来说，裂缝通常出现在支座附近。伴随荷载加大，裂缝长度将不断增加并向受压区延展，裂缝缝数不断增多且开岔，裂缝区也日益向跨中方向拓宽，因此，剪切裂缝一旦产生就必须强化察看。若裂缝延展缓慢且限制在受拉区，裂缝宽度在限值内是可以允许的；但若裂缝不断延展或裂缝已趋近受压区，则不管裂缝宽度和长度怎样均需及时进行必要的稳固处理。

（3）断开裂缝。钢筋混凝土构件受拉时，介入整个截面的裂缝称为断开裂缝。受拉构件在承载作用下出现的裂缝都沿正截面裂开。受拉构件在内力较小时，混凝土和钢筋均匀承受拉力，伴随内力加大，混凝土内拉应力逐渐达到其受拉极限，混凝土出现裂缝。随着荷载继续加大，钢筋应力达到屈服极限，钢筋伸长率增加，裂缝变宽，超出设计规范允许的宽度，这时构件将被破坏。

（4）钢筋锈蚀引起的裂缝。由于混凝土品质差、维护层厚度不够或被碳化使钢筋四周混凝土碱度减少等，都会破坏钢筋表面的氧化膜，进而产生锈蚀反应。锈蚀物氢氧化铁体积会比原来增加约2～4倍，进而对四周混凝土施加膨胀应力，致使维护层混凝土开裂、剥离，钢筋沿纵向出现裂缝。钢筋锈蚀会使钢筋有效断面缩减，钢筋和混凝土的咬合力变弱，造成构件承载力减弱，从而产生裂缝。而其他裂缝的出现又会加大钢筋锈蚀程度，最终导致构件损坏。要预防钢筋锈蚀，关键要保证其有充足的维护层厚度；施工时要选择合适的混凝土水灰比，还要加大振捣，以确保混凝土的密实性，并且要严格控制含氯盐外加剂用量，对沿海地区或有其他强腐蚀性的空气、地下水地区特别要慎用含氯盐外加剂。

二、混凝土桥梁裂缝的修补方法

1.表面封闭修补法。一般在混凝土表层沿宽度较小的裂缝涂抹树脂保护膜，在裂缝宽度有可能变化时，可涂抹具有跟踪性的焦油环氧树脂等材料。在裂缝多并且密集或者混凝土老化、砂浆离析的组成物上也应涂抹保护膜。

2.凿深槽嵌补法。先沿裂缝敲出一条深槽，槽形依据裂缝方位和填补材质而定，之后在槽内嵌补各种黏结材质，如环氧砂浆、沥青、甲凝等。

3.表面喷浆法。在经凿毛处理的裂缝表层喷射一层紧密且强度高的水泥砂浆维护层密封裂缝。依据裂缝部位、性质和修补需要与要件的不同，可采取无筋素喷浆或挂网喷浆综合凿槽嵌补等修补方法。

4.打箍加固封闭法。当钢筋混凝土发生主应力裂缝时，可采取在裂缝处加箍使裂缝封闭的办法。箍需用扁钢焊成或圆钢做成，可以直箍也可以斜箍，其方向需与裂缝方向垂直。箍和梁上下面接触处可以以角钢或钢板加垫。角钢或钢板面积和箍横截面积，按修补加固位置主应力的大小、箍安全应力和混凝土抗压强度计算确认。

5.粘贴钢板法。将整个钢板粘贴在待修补的裂缝部位，让其与原有混凝土成为一体，进而提升其对活载的抵抗力。使用的粘贴钢板厚度一般在4.5～6 mm，而混凝土与钢板的黏结剂通常采用环氧基液黏结剂。

6.注入法粘贴钢板。在混凝土表层和钢板之间加垫块让两者之间有一定空隙，用环氧树脂胶泥密封四周，之后注入环氧树脂，同时排出空隙中的空气。由于从一方注入环氧树脂容易残留气泡，因而，施工时通常用木槌随时敲打钢板以保证灌实。这种施工法虽然费时，但即便混凝土表层不平整也能进行施工。

三、结论

伴随我国公路桥梁事业的发展和对裂缝展开机理的进一步研究，对裂缝影响因素的研究也日益量化。伴随建筑结构计算理论的发展和计算软件的运用，大部分因素对钢筋混凝土裂缝的影响可以通过计算较为精确地预测，进而能够采用合适的策略预防和制约裂缝的开展。