混凝土桥梁裂缝病害的成因分析
2015-05-15
随着科技的不断发展，许多新材料、新技术被广泛使用于公路桥梁中。但混凝土因其取材广泛、抗压强度高、可塑性好，并且耐火性好、不易风化、养护费用低等优点，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。混凝土最主要的缺点是抗拉能力差，容易开裂。其实，如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。
在现实当中，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。混凝土桥梁产生裂缝病害的原因，大致可划分如下几种：
一、 荷载引起的裂缝
1、桥梁直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的原因有：
（1）、设计计算阶段，结构计算时荷载少算或部分漏算；结构受力假设与实际受力不符；内力与配筋计算错误；结构设计时与施工的脱节；设计断面不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。
（2）、施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算；混凝土未达到强度要求时就进行上部施工等。
（3）、使用阶段，超出设计载荷的重型车辆过桥；受车辆、船舶的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。
2、桥梁次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：
（1）、在设计外荷载作用下，由于结构物实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。
（2）、桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，应力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚头断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。
二、温度变化引起的裂缝
桥梁结构能够观察到的严重裂缝损害，很多都是由于温度引起的内应力和约束应力所造成的。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，若变形受到约束，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。
以下情况易产生温度裂缝：薄、厚构件的连接处易发生裂缝：在箱形桥梁中，当桥面板的温度与底板的温度有较大差别时，箱形梁腹板处容易开裂；浇注大体积混凝土时，由于产生水化热，致使混凝土内外温度差过大，使得混凝土表面开裂；混凝土在降温收缩时受到约束，内部产生拉应力，混凝土也容易开裂。此外，蒸汽养护或冬季施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，也易导致裂缝的产生。
三、 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碳化至钢筋表面，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，并有锈蚀渗到混凝土表面。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，并将诱发其他形式的裂缝，加据钢筋锈蚀，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（当然保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度）施工时应规范振捣，保证混凝土的密实性，保证钢筋与混凝土紧密结合；无隔离气泡。
四、 施工方法及材料质量引起的裂缝
冬季施工时，采用电气加热法、暖棚法、地下蓄热法、蒸汽加热法养护以及在混凝土拌合水中掺入防冻剂；但不宜使用氯盐，可保证混凝土在低温或负温条件下硬化，以减小混凝土冻胀裂缝的可能性。
在桥梁下部结构施工中，常采用对拉螺栓来固定模板。对拉螺栓下表面常形成一道贯穿性的毛细孔，这种毛细孔在外部水压力作用下，将产生渗水现象，也即为发生冻胀裂缝提供了条件。因此，下部结构施工中，应尽量减少对拉螺栓的使用，或模板拆除后应及时用砂浆堵牢。
严格控制混凝土原材料的质量，特别注意控制骨料的含泥量，含泥量的增加会大大降低混凝土的抗拉强度。应注意振捣，在施工条件的允许下宜进行二次振捣，以提高混凝土的抗裂性，同时还可有效防止塑性裂缝。采用合理的养护措施，如采用冷却水管进行外蓄内散综合养护措施，实行信息化自动控制。
为防止由于气候干燥、初期养护不好、混凝土冻涨以及大气温度变化产生的裂缝，加强混凝土在凝结硬化过程中的自热养护、蓄热养护、采用引气剂使混凝土内部气泡均匀分布以及采用预留温度伸缩缝等措施。
施工过程要加强管理，严格控制质量。混凝土洒水养护时间应适当延长，尤其注意早期养护，在有条件的情况下，可喷洒养护剂，这样可有效地防止干缩裂缝和塑性裂缝的出现。
为减小混凝土塑性收缩，施工时应严格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，同时严控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其他存在腐蚀性强的空气、地下水区更应慎重。
为减小大体积混凝土表面出现裂缝，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；降低骨料入模温度，提高混凝土表面温度，缩小内外温差，并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统进行内部散热。
五、混凝土桥梁裂缝病害的处理建议
1是表面处理法：包括表面涂抹和表面贴补法，表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的裂缝，不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。表面贴补法适用于大面积漏水的防渗堵漏。
2是灌浆法；此法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好。
3是结构补强法；因超荷载产生的裂缝，裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低，火灾造成裂缝等影响结构强度可采取结构补强法，锚固补强法，预应力法等。
4是混凝土裂缝处理效果的检查；包括修补材料试验，钻芯取样试验，压水试验，压气试验等。
由上述可知，设计疏漏，施工低劣，监理不力，均可能使混凝土桥梁出现裂缝。通过对产生裂缝病害的成因分析，采取切实可行的处理方法，在运营管理过程中，进一步加强巡查和管理，尽量做到及时发现及时处理，保证桥梁寿命持久，也是相当重要的环节。
