探析混凝土桥梁裂缝成因

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探析混凝土桥梁裂缝成因　　摘要：混凝土桥梁的开裂是工程建设中的普遍现象，为避免桥梁中出现危害较大的裂缝，本文主要对混凝土桥梁裂缝产生的类型及原因进行了分析。关键词：混凝土桥梁；裂缝；成因中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：引言：近些年来，混凝土凭借抗压强度高、耐久性好、原材料来源丰富、价格低等众多优点成为当代应用最广的土建材料。其中混凝土桥梁成为混凝土的广泛应用之一。但混凝土抗拉强度低，易开裂。一旦混凝土的裂缝宽度超过允许值，将会引起钢筋腐蚀、混凝土碳化及保护层脱落，影响桥梁的正常使用，给我们带来了安全隐患。因此我们必须对裂缝的成因进行分析，做到有针对性地对裂缝的发展加以控制。一、裂缝类型及成因1.荷载引起的裂缝7 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。桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制，极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。2.温度变化引起的裂缝混凝土具有热胀冷缩性质，当环境或结构内部温度发生变化是混凝土容易发生变形，变形时由于遭到约束而在结构内产生应力，应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。引起温度变化的主要因素有：年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工措施不当等。如日照和骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因，主梁或桥墩面受太阳暴晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈线性分布。由于受到自身的约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。3.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，另外还有自生收缩和碳化收缩。（1）塑性收缩发生在混凝土浇筑后4-5h左右，此时水泥水化热反应激烈，出现泌水和水分急剧蒸发，此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。同时骨料因自重下沉，若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。7 （2）缩水收缩发生在混凝土结硬以后，因混凝土表层水分损失很快而内部损失慢，从而导致不均匀收缩，表面收缩大而内部收缩小，当表面混凝土收缩变形受到内部混凝土拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。4.施工工艺质量引起的裂缝（1）保护层过厚或由于操作人员乱踩已经绑扎好的上层钢筋，使承受负弯矩的钢筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，降低结构抗弯承载能力，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。（2）混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面或空洞，导致钢筋锈蚀或形成其他荷载裂缝的起源点。（3）混凝土搅拌、运输时间过长，水分蒸发过多，引起混凝土坍落度过低，使得在混凝土表面出现不规则的收缩裂缝。5.钢筋锈蚀引起的裂缝（1）先锈后裂①混凝土保护层碳化：钢筋外表砼保护层起保护钢筋作用的机理是因为砼保护层具有弱碱性，与钢筋表面产生一层钝化膜，从而保护钢筋不被锈蚀，俗称碱性保护。但砼与空气中的二氧化碳由水通过毛细孔与砼中氢氧化钙起作用转化为中性的碳酸钙和水使这部分砼由碱性变成中性，也即PH值由原来的13降低到8～10，这就是砼碳化，当保护层全被碳化，也就是失去碱性保护，在钢筋表面不能继续生成钝化膜，当外界有腐蚀物质时，通过毛孔渗入到钢筋表面而锈蚀，从而胀裂砼保护层先锈后裂。7 ②氯离子锓蚀引起锈蚀：氯离子存在于盐中，如氯化纳，当砼中含有氯离子时，砼碱度虽然较高，钢筋周围的砼尚未碳化，此时钢筋也会出现锈蚀，这是因为氯离子半径小，活性大，具有很强穿透钝化膜的能力，氯离子首先吸附在钝化膜有缺陷处，使氢氧化铁反应成易溶的氯化铁，使钝化膜局部破坏，产生坑蚀。（2）先裂后锈①受力裂缝的裂缝宽度过大，外界腐蚀物质由直接通道而锈蚀钢筋。②酸雨腐蚀先腐蚀砼保护层继而锈蚀钢筋。③骨料膨胀引起砼裂缝后再锈蚀钢筋。6.地基基础变形引起的裂缝由于基础竖向不均匀，沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有：地质勘察精度不够、试验资料不准，地基地质差异太大，结构荷载差异太大，结构基础类型差别大及地基冻胀等。7.冻胀引起的裂缝大气温度低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冻裂，游离的水变成冰，体积膨胀7 9%，因而混凝土产生膨胀应力，导致裂缝出现。温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。当混凝土中骨料空隙多、吸水性强，骨料中含泥土等杂质过多，水灰比偏大、振捣不密实，养护不良，使混凝土早期受冻等，均可导致混凝土产生冻胀裂缝。二、防范桥梁混凝土出现裂缝的防治措施2.1桥梁混凝土设计方面的措施在设计方面，应采取以下措施来防范桥梁混凝土出现裂缝：第一，最大程度减少应力集中。结构断面突变是产生应力集中的主要原因，在设计造型时应当分部处理变截面，减缓突变趋势，分散应力。第二，加强构造钢筋规格和使用标准等相关知识的掌握。薄壁板墙在对构件钢筋的选用要求上尤为严格，设计人员应当充分掌握相关构造钢筋的配置，慎重选择数量和粗度。例如，板墙混凝土在配筋选择上应当切记“小直径”“小间距”。第三，合理选择混凝土强度。由于大体积混凝土水化热易产生裂缝，若减少其单方使用水泥用量，仅依靠混凝土后期强度的持续增长，在一定时间内满足设计强度便可控制裂缝的产生。因此在设计上应弃用强度值为28d龄期的混凝土，改用45d或60d设计强度的混凝土。2.2对混凝土进行正确的配比7 混凝土的正确配比是防止因混凝土原因出现裂缝的重要防范措施，具体来说，需要从以下一些方面来正确配比混凝土：第一，选用适当的混凝土掺合料。我国近年来以细矿粉“双掺法”或者“三掺法”以及掺加缓凝高强减水剂（UNF—3A）等技术为主。掺合料多数使用粉煤灰和矿粉（FSC—Ⅱ水泥快硬高强配料），它的使用一方面降低水泥使用量、含碱量和水化热，另一方面减少混凝土体积收缩，加强混凝土的密实性。保水性能好的外掺剂可以很大程度上减少混凝土的收缩。第二，严格选用混凝土原材料。在原材料的挑选中，要求砂、石原料级配达到优良，水泥应尽量使用后期强度逐渐增高的。细骨料以中粗砂为优，含泥量不得超过3.0%；粗骨料以连续级配的石子为优，含泥量不得超过1.0%，料径最大不可超过40mm。第三，使用外加微膨胀剂控制裂缝产生。微膨胀剂（如UEA，FNM等）同混凝土掺和，可以很大程度上减少其硬化过程中的收缩，进而降低裂缝的产生率。由于品种及掺量上的差异会造成膨胀效果的差异，因此在使用前应进行多次试配以达到最好的使用效果。第四，大体积混凝土在水泥的选用上应使用水化热低的水泥。按规定进行配合比的计算及试配，并在确定配合比的前提下对水化热进行测定、验算。第五，使用含碱量低的水泥。三、结语裂缝是混凝土结构中普遍存在的一中现象，结构设计中，钢筋混凝土结构构件是允许带裂缝工作的，问题不在有无裂缝，而在于出现哪种类型的裂缝。我们必须对混凝土存在的裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，防治裂缝的发展，确保混凝土结构的安全。7 参考文献：[1]工程结构裂缝控制，中国建筑工业出版社，北京，1997.[2]建筑材料，同济大学出版社，上海，2005.[3]工程结构裂缝控制，中国建筑工业出版社，北京，1997.7