裂缝对混凝土桥梁耐久性的影响
2011-09-27 来源：中国百科网
目前，混凝土桥梁的耐久性问题越来越受到人们的关注。如果配比、浇筑、捣实、养护等方面都恰到好处，混凝土基本不会透水，在大多数环境中都能具有很长的寿命。因此，可以说水密性对混凝土桥梁的耐久性起着至关重要的作用。然而，受环境的影响，混凝土会出现裂逢，使用过程中随着渗透的出现，混凝土难免要经历初步的或更严重的质变，因此，裂缝已经成为影响混凝土耐久性的一个不可忽略的因素。
1、裂缝对混凝土桥梁耐久性的危害
人们普遍认为，影响混凝土桥梁耐久性的一些主要原因，按主次顺序，依次为：钢筋的腐蚀、循环性冷冻与融化环境、碱硅反应和硫酸盐侵袭。上述每一项的膨胀开裂的机制中都牵扯到了水。不仅如此，水还是侵蚀性离子进入混凝土内部的主要载体。裂缝及其宽度对混凝土桥梁耐久起着直挂重要的作用，裂缝宽度大, 结构耐久性失效的可能性也大。裂缝宽度达某一值时, 结构的耐久性不能满足要求。同时，钢筋并不能消除或削减混凝土的收缩裂缝，它只是把一些大的裂缝变成细纹和微裂。然而，恰恰是那些肉眼看不见也无法测量的细纹和微裂才构成潜在通道，最终为离子从混凝土表面运动到钢筋建立了必要的通道，从而加速了混凝土桥梁的耐久性损失。
无论对预应力混凝土结构或钢筋混凝土结构来说，裂缝及其宽度对力筋腐蚀都有影响，且宽度不同其影响程度也不同。首先，裂缝加快了腐蚀的发生。在早期，裂缝宽度对力筋腐蚀影响较大，因为力筋去钝化的时间取决于裂缝的宽度，然而腐蚀一旦开始，其影响程度大大降低。这时，腐蚀速度取决于未开裂处混凝土保护层的质量和渗透性，混凝土保护层的质量越好，渗透性越小，氧气及水分的供给量也越少，腐蚀速度越慢，随着碳化进程的深入，毛细孔将逐渐被堵塞，使混凝土渗透性逐步降低，腐蚀速度也随之下降。当力筋腐蚀速度小到一定程度时，即在设计寿命期内不影响其各项力学指标时，就称之为处于钝化状态。实际上，腐蚀一直在进行着，只不过有时腐蚀速率很小而已。
2、裂缝产生的原因
混凝土结构中的裂缝，一般有七种成因：
（1）构造处理不当造成的混凝土裂缝；
（2）混凝土的干缩引起的裂缝；
（3）由于碱－骨料反应（AAR）引起的裂缝；
（4）由于外界温度变化引起的裂缝；
（5）由于钢筋锈蚀引起的裂缝；
（6）由于荷载作用引起的裂缝；
（7）太阳辐射、混凝土老化、徐变及疲劳作用引起的裂缝。由于其成因不同, 对结构的耐久性影响是不同的。
2.1 裂缝的成因
0.1～1 mm的裂缝主要起因于包括霜冻作用、湿度梯度在内的温度梯度，结构超荷载，以及一些化学因素，如钢筋腐蚀、碱骨料反应等。早期裂缝一般是由于冷却或干燥引发的收缩应变造成的。当刚刚硬化的混凝土裸露在周围温度湿度中，它不仅会产生热收缩应变还有干燥收缩应变。哪种收缩应变会占主导地位，取决于环境温度和湿度，该混凝土构件的大小，混凝土自身温度，混凝土配料的性能以及混凝土的配比。
硬化混凝土在约束状态下收缩应变会产生弹性拉应力。这种弹性拉应力的第一个近似值可以被认为是弹性模量和应变的结果。当引起的拉应力超过抗拉强度，材料会出现裂缝。可是由于材料共有的粘弹性性能（徐变），有些应力就释放出来。只有残余应力（应力经过徐变有所释放之后）决定是否会发生裂缝。
2.2 强度与裂缝的关系
导致混凝土裂缝行为的主要因素有：干燥收缩、徐变、弹性模量，以及抗拉强度。很明显，随着水泥比例的增加，混凝土的伸长率（抗裂性）就要降低，因为干燥收缩都提高了。与此同时，强度的增加有可能增加弹性模量，降低徐变系数，从而对混凝土的伸长率产生负面影响，这也是早强混凝土一般比中度或低强度混凝土更易于裂缝。当然，早强混凝土的结构裂缝是可以通过使用足量的钢筋而得以控制，但是如上文所述，这种作法无助于混凝土耐久性问题。
可见，并不是强度而是服务期限内的混凝土良好状态（无裂缝），在确保水密性和耐久性方面起着重要作用。
2.3 环境作用对裂缝的影响
环境作用对混凝土材料的腐蚀与损伤主要发生在混凝土表层，使混凝土截面或混凝土材料强度受到损失，影响结构的适用性（外观、裂缝、剥落等）和安全性。在钢筋混凝土桥梁中，更重要的是因表层混凝土发生腐蚀或损伤而削弱了对钢筋的保护能力，加速了钢筋的锈蚀进程，而影响混凝土桥梁结构的耐久性。
