钢筋混凝土桥梁裂缝成因综述

 摘要：在桥梁施工过程中，只要严格控制好材料质量，施工工艺，以及现场的施工管理，根据现场条件、材料特点、气温等多种因素，采取合理的措施，就能有效的控制裂缝的产生，确保工程质量。本文分析了桥梁混凝土裂缝的施工成因，探讨了裂缝的施工控制技术。 

关键词：钢筋混凝土；裂缝；原因；施工控制技术 

　　中图分类号： TU528.571 文献标识码： A 文章编号： 

　　混凝土是公路桥梁建设中最广泛最重要的工程材料之一，具有抗渗性 、抗冻性 、抗侵蚀性、取材广泛、制作简便、成本低廉、不易风化、具有天然石材的质硬等优点, 但其缺点也不可忽视, 最主要的是抗拉能力差，容易开裂。混凝土结构在施工过程中很容易出现裂缝, 不仅会影响工程质量, 严重者还会导致桥梁垮塌。提高混凝土结构的质量，减少混凝土裂缝是当前桥梁工程建设中面临的重要课题。 

　　一、钢筋混凝土桥梁裂缝的原因 

　　1、施工材料质量引起的裂缝 

　　混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。 

　　砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大，如果使用超出规定的特细砂，后果更严重。砂石中云母的含量较高，将削弱水泥与骨料的粘结力，降低混凝土强度。砂石中含泥量高，不仅将造成水泥和拌和水用量加大，而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。砂石中有机质和轻物质过多，将延缓水泥的硬化过程，降低混凝土强度，特别是早期强度。砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应，体积膨胀1倍。拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。 

　　2、混凝土收缩引起的裂缝 

　　在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因。塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后4h～5h 左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大，可达1％左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。 

　　缩水收缩(于缩)。混凝土结硬以后，随着表层水分逐渐蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失很快， 内部损失慢， 因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。 

　　3、外界温度变化引起的裂缝 

　　混凝土具有热胀冷缩性质， 当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。施工阶段引起温度变化主要因素是水化热和养护措施。在施工过程中，大体积混凝土(厚度超过2．0 米)浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥单位用量，减少骨料入模温度，降低内外温差，并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统进行内部散热，或采用薄层连续浇筑以加快散热。在进行蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝。采用电热张拉法张拉预应力构件时， 预应力钢材温度可升高至350℃，混凝土构件也容易开裂。 

　　4、钢筋锈蚀引起的裂缝 

　　由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀变化，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2-4 倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝。 

　　5、施工质量控制不当引起的裂缝 

　　（1）混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。 

　　（2）混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使混凝土出现不规则的收缩裂缝。 

　　（3）用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。 

　　（4）混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。如混凝土分层浇筑时，后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑，引起层面之间的水平裂缝；采用分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间粘结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引起裂缝。 

　　二、钢筋混凝土桥梁裂缝的施工控制技术 

　　1、控制好混凝土原材料的质量和混凝土配合比的选择 

　　水泥。水泥应符合现行国家标准, 选用水泥时, 应以能使所配制的混凝土强度达到要求、收缩性小、和易性好和节约水泥为原则。同时应注意其特性对混凝土结构强度、耐久性和使用条件是否有不利影响。 

　　细骨料。要求采用级配良好、质地坚硬、颗料干净、粒径小于5mm, 并尽量使用河砂。砂中杂质的含量应通过试验测定, 其最大含量不应超过规范规定。 

　　粗骨料。应采用坚硬的碎石, 由于桥梁各结构部位的钢筋不同，因此要严格控制骨料的粒径, 尽可能采用连续级配, 施工前应对所用碎石进行碱活性检验。 

　　拌和水及外加剂。拌制混凝土的用水不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质或油脂、糖类及游离酸类等。如需添加外加剂, 则应根据外加剂的特点, 结合使用目的和混凝土浇注时的季节环境来确定外加剂的使用品种。使用前应检验其效果, 掺量要准确。 

　　合理选择混凝土配合比。在配制混凝土配合比时应考虑施工季节、结构形状、模板形式、混凝土强度等级等因素对桥梁结构抗裂性能的影响。在施工中, 施工单位往往只注重混凝土强度而忽视其变形特性和工作性, 而混凝土变形特性和工作性恰好是混凝土产生裂缝的主要原因所在。 

　　2、 温度的控制 

　　（1）改善骨料级配，采用干硬性混凝土、加添加剂等措施以减少混凝土中的水泥用量:拌和混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；热天浇筑混凝土时减少浇筑硬度, 利用浇筑层面散热；在混凝土中埋设水管， 通入冷水降温； 规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度变化； 施工中长期暴露的混凝土浇筑体表面或薄壁结构，在寒冷季节采用保温等措施。 

　　（2）合理地分缝分块，避免基础过大起伏；合理地安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露。另外，改善混凝土的性能， 提高抗裂能力，防止表面干缩。特别是保证混凝土的质量对防止裂缝十分重要。应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的。因此施工中应以预防其贯穿性裂缝的发生为主。 

　　3、施工工艺质量控制 

　　在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理，施工质量低劣，容易产生各种裂缝，裂缝的宽度因产生的原因而异。比较常见的有：混凝土振捣过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂缝；混凝土应严格按配合比计量投料，拌和时间不应小于1～2min，使和易性好，不离析，不析水，运输时间短，浇注时分层浇注，分层厚度不应大于30cm。振捣时应让振捣棒插入前层5～l0cm，振捣时间为lmin 左右，直至排出气泡为止；混凝土保护层过厚或上层钢筋被踩压变位，使承受负弯矩的受力钢筋保护层加厚，导致构件的有效高度减少，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝；混凝土运输是混凝土施工过程中的一道工序，运输工具保证不渗露，不析水避免日晒雨淋，在运输过程中，混凝土不能离析，运输时间不应大于30min，在高温下运输应及时检测混凝土坍落度，以确保由于蒸发而造成的水分损失，并及时调整坍落度；混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不当，易在新旧混凝土和施工缝之问出现裂缝；施工模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用，使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝；施工时拆模过早，混凝土强度不足，使构件在自重或施工荷载作用下，产生裂缝；施工前对支架压实不足，或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。以上问题在施工中应加以注意，可以避免裂缝的发生。 

　　4、加强混凝土的早期养护 

　　混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤为重要。从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：一是防止混凝土内外温度差及混凝土表面产生梯度。二是防止混凝土超冷，应尽量设法使混凝土施工期间的最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。三是防止老混凝土面的过冷，以减少新老混凝土问的约束。从保温的角度，就牵涉到混凝土的早期养护问题。混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温度、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩，另一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。适宜的温湿度条件是相互关联的，混凝土的保温措施常常也有保湿的效果。 

　　总之，混凝土桥梁裂缝是桥梁工程施工中容易产生和难以防范的一个重要问题，如处理不当，将直接影响桥梁的工程质量，并有可能导致严重的后果。桥梁裂缝成因复杂、多样，必须具体问题具体分析，正确把握问题的实质，从而在施工过程的各个环节，合理采取相应对策加以防治。有关混凝土桥梁裂缝的研究与探讨，对发现、合理分析和有效控制裂缝具有重要的实际意义。 

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