公路桥梁混凝土裂缝成因及防治问题研究

公路桥梁混凝土裂缝成因及防治问题研究

【摘  要】本文主要对公路桥梁混凝土裂缝成因及防治问题进行了研究，首先概述了国外对裂缝问题的研究以及裂缝修补方法的分类，然后分析了公路桥梁混凝土裂缝的成因，最后探讨了公路桥梁混凝土裂缝的防治措施。

一、公路桥梁混凝土裂缝问题概述

1、国外对裂缝问题的研究

裂缝问题是公路桥梁的常见病害问题，所以国际上有很多研究结构专门从事混凝土的裂缝问题研究，比如美国AC1224委员会、欧洲CEB研究所、英国C&CA研究中心等。英国科学家在上世纪三十年代最早提出了粘结滑移理论，根据这个理论，裂缝的开展主要是因为钢筋和混凝土之间形成了相对滑移，所以裂缝的控制主要取决于钢筋和混凝土之间的粘结性能。英国混凝土协会在上世纪六十年代提出了无粘结滑轮理论，该理论认为如果钢筋和混凝土之间有可靠的粘结就不会产生相对滑移。有滑移—无滑移统一理论认为在混凝土完全裂开以前，就已经产生了大量的粘结破坏，而该破坏可能是纯滑移导致，也可能是内部开裂导致，裂缝宽度是有滑移和无滑移的组合。

 2、裂缝修补方法的分类

公路桥梁混凝土裂缝的修补方法很多，从大类上讲可以归结为以下四种类型：（1）表面覆盖法：该方法主要用于宽度小于0.2mm的细微裂缝，在裂缝的表面进行涂膜操作，常采用的材料包括聚合物水泥膏、聚合物薄膜等；（2）低压注浆法：该方法适合于宽度在0.2mm至0.3mm的裂缝，我国从1989年开始采用自动低压注浆技术修补裂缝，目前该技术已经达到国际领先水平；（3）开槽填补法：该方法适合宽度大于0.5mm的裂缝，该方法主要将拌好的改性环氧树脂砂浆用橡胶桶装到已凿好洗净吹干后的混凝土槽内进行嵌入；（4）结构加固法：当裂缝程度较深，已经影响到混凝土结构的安全使用时，就要采用该方法，加固技术包括加大截面法、体外预应力加固法、外贴钢板加固法、喷射混凝土加固法等。

二、公路桥梁混凝土裂缝的成因分析

1、荷载引起的裂缝

荷载裂缝主要来自于直接应力或者次应力的作用，荷载裂缝主要出现在受拉区、受剪区以及振动严重部位，荷载裂缝主要有以下三方面的特点：第一，在独柱或双柱结构的桥梁墩柱柱身上往往会出现平行于受力方向的平行裂缝，这主要是由于中心受压造成的；第二，在弯矩最大截面附近，会在受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝，这种裂缝还会向中和轴方向发展，这主要是由于受弯引起的；第三，在主筋和抗剪切筋设置不足时，当箍筋太紧时会发生斜向破坏，从而引起斜裂纹，这主要是由于受剪引起的。

2、温度变化引起的裂缝

由于混凝土具有热胀冷缩的物理特性，所以当外部环境或内部结构的问题发生变化时，混凝土就会发生变形现象。当这种变形受到约束，就会产生应力，当应力超过混凝土的抗拉强度时就会产生裂缝，这种裂缝就属于温度变化引起的裂缝。此类裂缝可分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种，温度裂缝往往发生在大体积的混凝土结构中，比如桥面铺装、桥墩、台等部位，温度裂缝与其他裂缝的重要区别是它会随着温度变化而扩张或合拢。

3、收缩引起的裂缝

当混凝土成形后，由于表面水分会蒸发，而蒸发是由表及里依次进行的，这就会导致内外干缩量存在不一致性，当混凝土表面收缩变形受到混凝土内部约束时，就会产生拉应力，引起混凝土的开裂，这种开裂就是收缩引起的裂缝。收缩裂缝是公路桥梁混凝土施工中最常见的裂缝，这类裂缝往往属于表面裂缝，裂缝的宽度比较细微，成龟裂状，纵横交错，没有特定的规律，影响收缩裂缝的因素很多，比如水泥的标号和用量、外界自然环境、骨料品种、养护方法以及振捣方式等都可以引起收缩裂缝。

三、公路桥梁混凝土裂缝的防治措施

    1、荷载裂缝的措施

    荷载裂缝对结构使用的安全性具有很大的威胁，当荷载裂缝宽度小于0.3mm时，会影响到结构的耐久性；当荷载裂缝继续发展，超过规范的限制，就会影响到结构的安全性，当偶遇外荷载突变，就会造成桥梁损毁，引发重大交通安全事件。所以，荷载裂缝的防治是非常重要的，具体而言，可以从以下四个方面进行：首先，采用合理的结构方式和合理的分块，在施工中如果允许设置水平施工缝，则要根据温度裂缝的要求进行分块，且设置必要的连接方式；其次，钢筋布置要科学，要尽量采用“小直径、密间距”的方式布置钢筋，在变截面处要加强钢筋的布置，同时在表面设置钢筋网片，为了防止钢筋生锈，可以在混凝土中加入外加剂，提高耐久性；第三，结构物使用阶段的沉降计算要准确，只有这样才能避免由于地基不均匀沉降而产生的宽裂缝；最后，在施工过程中还要限制施工材料、机具的堆放等，这些都可以有效的避免荷载裂缝出现。

     2、温度变化裂缝的措施

     温度变化裂缝一般对混凝土结构的安全性影响较小，如果对桥梁的承载性影响不大，可以不做处理，但是，在日常养护巡查中，要定期进行观测，当裂缝宽度大于规范限制时，要及时进行处理。温度裂缝的防治首先要注意水泥的选取，一般宜选用地热矿渣硅酸水泥或中热硅酸盐水泥，要充分利用混凝土的后期强度来减少水泥用量，相关研究表明，每立方米混凝土的水泥使用量增减10公斤，水化热就会导致混凝土的温度升高或降低1摄氏度。另外，在满足强度等指标的前提下，可以增加粉煤灰，以降低混凝土中的水化热，从而提高混凝土的抗裂能力。其次，可以通过改进振捣工艺减少温度裂缝。对于已经浇筑的混凝土，可以在终凝前进行第二次振捣，这样可以排除石子和水平钢筋底部形成的空隙和水分，减少内部裂缝和气孔，提高混凝土的抗裂性。最后，还可以在混凝土浇筑过程中降低部分温差，夏季施工中骨料通过洒水来降低温度，冬季施工中在混凝土表面覆盖保温材料。

     3、收缩裂缝的措施

    收缩裂缝可以出现在混凝土结构中的任何部位，与温度裂缝一样，当裂缝宽度未超过规定宽度时，不会影响结构的安全性。不过，如果收缩裂缝发生在承重结构的最大受力部位时，要引起充分的重视，并采取积极的措施进行处理，在进行收缩裂缝防治时，要严格控制单方混凝土的用水量，由于混凝土的干燥收缩与用水量成正比，所以用水量较大时，混凝土的干燥收缩就会急剧增大。为了降低用水量，可以掺加适当的外加剂，比如有大量球状颗粒的一级粉煤灰就可以有效的降低干燥收缩值。另外，还可以掺加适量的膨胀剂，以起到收缩补偿的作用，在养护方面，由于混凝土浇筑面收到自然环境的风吹日晒，表面容易干燥过快，所以要在混凝土终凝之前进行及时的保温、保湿养护。合理配置构造钢筋也可以有效的防治收缩裂缝，混凝土的收缩与配筋有一定的关系，构造钢筋的细密程度可以影响混凝土的极限拉伸。所以，构造钢筋更加细密，可以减少收缩裂缝的产生。