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桥梁裂缝的防治措施
作者：谷杰敏
来源：《中国科技博览》2013年第09期
[摘 要]虽然混凝土桥梁很容易产生裂缝，但是大量的以及成功的工程实例都表明：只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。本文对混凝土桥梁施工裂缝的形成原因作了分析，并提出了相应的防治措施和裂缝处理措施。 [关键词]桥梁施工 裂缝 荷载 温差
中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）09-0170-01 1 常见的混凝土施工裂缝形成原因
混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种： 1.1 荷载引起的裂缝
混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。次应力裂缝也是由荷载引起，仅是按常规一般不计算，但随着现代计算手段的不断完善，次应力裂缝也是可以做到合理验算的。在设计上，应注意避免结构突变），当不能回避时，应做局部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，同时加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋，对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。荷载裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。 1.2 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，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。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。引起温度变化主要因素有：
1）年温差。一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移，一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调，只有结
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构的位移受到时才会引起温度裂缝，我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度。考虑到混凝土的蠕变特性，年温差内力计算时混凝土弹性模量应考虑折减。
2）日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。
3）骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实桥资料进行，混凝土弹性模量不考虑折减。 1.3 收缩引起的裂缝
1）塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后4～5小时左右，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。在构件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。为减小混凝土塑性收缩，施工时应控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料不宜太快，振捣要密实，竖向变截面处宜分层浇筑。
2）缩水收缩（干缩）。混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，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。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件（超过3%），钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。
3）自生收缩。自生收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应，这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的，也可以是负的。
4）炭化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生，且随二氧化碳的浓度的增加而加快。炭化收缩一般不做计算。
1.4 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
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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反应，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，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。
要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度，施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。 1.5 冻胀引起的裂缝
大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水（结冰温度在-78度以下）在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土強度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%～50%。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。 2 桥梁裂缝的防治措施 2.1 材料的控制
施工工艺是保证混凝土构件质量的关键、除施工的操作应严格按照施工技术规范的有关规定进行，对原材料（钢筋、水泥、砂、碎石、水等）都应进行严格的抽样检验。对混凝土配合比应进行对比试验.在高温下或雨后施工对砂、碎石应进行含水量实验，及时调整施工配合比，确保混凝土的施工质量。 2.2 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厚度，利用浇筑层面散热；在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；规定合理的拆模时问，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。
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3 养护方法
为防止混凝土裂缝的产生，一般采用通水冷却、蓄水养生、保温养护等措施。采用表面全保温养，即利用保温材料提高新浇筑的混凝土表面和四周温度，减少混凝土的内外温差，这是一种比较简便有效的温度控制方法。对于每一承台，都采用铜电阻测温设备进行测温控制，根据温差确定保温措施。保证混凝土内外温差，将混凝土表面和模板外侧温差控制在10℃ 左右。适宜的温湿养护可减少收缩，充分发挥水泥水化作用，促使混凝土强度潜能得到充分发挥。充分做好以上几点，能有效防止混凝土裂缝的产生。 结束语
桥梁结构裂缝的成因多种多样，处理的方法也各有不同，上述诸方法是在日常工作中经过长期探索得到的，经过实践的检验证明行之有效。当然，有关桥梁结构裂缝的成因及防治对策是很复杂的，有待进一步研究。只有搞清楚了裂缝的机理，才能对症下药，只有合理的处治措施，才能使国家有限的建设资金发挥最大的经济效益。
