市政桥梁结构裂缝的分析
2015-08-04
一、前言
市政桥梁多采用混凝土结构。混凝土材料具有取材广泛、抗压强度高、可浇筑成形、耐火性好、不易老化的特性，所以在桥梁结构中广为使用。然而混凝土材料容易出现裂缝，这对于桥梁来说不仅影响寿命，还会带来安全问题。如何能够有效地消除桥梁结构的裂缝，保证市政桥梁的施工质量，这是一个急需解决的问题。二、混凝土桥梁施工裂缝产生原因 裂缝可分为结构性裂缝及非结构性裂缝两大类型，其中结构性裂缝可分为设计性结构裂缝及施工性结构裂缝。非结构性裂缝可分为塑性裂缝、温差裂缝、长期干缩裂缝、龟裂缝及其它侵害性裂缝。
1、结构性裂缝的形成原因
设计结构裂缝是指设计时采用的结构型式在荷载作用下必然会产生的裂缝,如非预应力的预制梁板及非预应力现浇连续箱梁等。虽然在施工时针对这种形式设置了预拱,但在荷载作用下,预拱消失后梁底抗拉区的混凝土最终还是要开裂的。非预应力现浇连续箱梁还在梁顶负弯矩区产生裂缝。这种裂缝是正常的、安全的,但裂缝的宽度应小于0.20mm 或设计规定的范围,若超过这个范围,那么这种裂缝就不正常了,就需要对其成因及安全性作进一步分析和鉴定。
预应力结构的张拉裂缝一般是由于锚垫板位置没按设计位置布置、锚垫板后螺旋筋没有顶牢锚垫板、锚垫板处混凝土不密实或混凝土强度未达到设计或规范规定的张拉强度时进行张拉等原因造成的;普通钢筋混凝土连续箱梁拆架过程中产生的裂缝是由于落架顺序不当或落架时间过长引起的,因为一联箱梁落架不可能在瞬间完成,有一个从简支梁到连续梁的受力体系以接近设计受力体系的方式进行转换的过程，那么连续梁的负弯矩区在架拆除跨中支架过程中梁顶是有可能会产生横向裂缝的，梁底正弯矩区也有可能会出现横向裂缝。
2、非结构性裂缝的形成原因
（一）塑性裂缝与收缩裂缝塑性裂缝,即混凝土在可塑状态下出现的裂缝,分为沉降裂缝和收缩裂缝两种形式。沉降裂缝产生的原因一是由于混凝土在塑性状态下其基础与支架等有不均匀沉降,使局部混凝土的变形受约束导致裂缝;二是由于重力作用使混凝土中较重颗粒下沉,而使水泥浆上浮,当这种下沉受到钢筋、模板拉杆约束时就会产生裂缝。收缩裂缝产生的主要原因是由于混凝土快速干燥,混凝土内水份的蒸发速率大于其泌水速率,在固体颗粒表面形成弯月形、产生毛细管张力,混凝土收缩等所产生的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度而导致裂缝。
（二）温差裂缝。温差裂缝,即由于混凝土本体内外部温度的变化及混凝土本体表面温度与环境温度的差异使混凝土自体收缩不均而产生的裂缝。由于早期混凝土构件被模板等材料隔离,水泥水化所产生的热量无法及时散发到空气中, 故在初始24h 内混凝土温度将升高, 过几天后随着热量的散发混凝土将变冷,此时混凝土会产生收缩,这种收缩受结构内部钢筋及外部模板等约束而使混凝土开裂;当混凝土冬季施工时,由于混凝土散热快,其内部温度较高,而表面温度受环境影响变得较低,表面混凝土的收缩率大于混凝土内部的收缩率,从而使表面混凝土产生裂缝。
（三）长期干缩裂缝。长期干缩裂缝,即混凝土长期暴露于不饱和的空气中由于物理的、化学的失水使混凝土体积缩小, 当缩小受到约束时产生的裂缝。通常来讲,干缩产生的混凝土应变速率非常慢,而且混凝土徐变产生的松弛可抵消部分干缩应变。但混凝土设计的体积与表面积的比值、分布钢筋的布置、混凝土的配合比及混凝土所处环境的温度、湿度等都会导致干缩裂缝。
3、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。
4、施工材料质量引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。如：水泥、砂、石骨料、以及拌和水及外加剂等。
三、桥梁混凝土裂缝的防治措施分析
1、设计要合理
（一）设计中的“抗”与“放”。所谓“抗”就是处于约束状态下的结构，没有足够的变形余地时，为防止裂缝所采取的有力措施。“放”就是结构完全处于自由变形无约束状态下，有足够变形余地时所采取的措施。设计人员应灵活地运用“抗——放”结合、或以“抗”为主、或以“放”主的设计原则，来选择结构方案和使用的材料。
（二）设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。如因结构或造型方面原因等而不能回避时。应做局部处理，如在转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，同时考虑加强构造配筋，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。
（三）积极采取补偿收缩混凝土技术。在常见的混凝土裂缝中，有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。要解决由于收缩而产生的裂缝，可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩，实践证明，效果是很好的。
2、严格控制混凝土施工配合比
根据混凝土强度等级和质量检验以及混凝土和易性的要求确定配合比，严格控制水灰比和水泥用量，要求监理严格监督控制。把好质量关，选择级配良好的石子，控制砂的粒径及含量，适当减少空隙率以减少混凝土收缩量，从而加强混凝土抗裂强度。
3、加强温度控制
温度裂缝区别其他裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢，而引起温度的变化的因素主要是年温差、日照、骤然降温、水热火等。因此要想有效防治因温度而引起的裂缝，可采取选择高性能的混凝土，增加抗裂效果；在混凝土中添加减水剂，在桥梁施工中，采取二次抹面；施工中尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥单位用量，减少骨料入模温度，同时采取相关的措施进行散热；合理的养护，在夏季时对混凝土骨料进行洒水，在冬季施工中对混凝土表面采取保温措施等等。
4、注意材料的选择
（一）大体积混凝土中水泥的品种及用量。在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。我们应该充分利用混凝土的后期强度，以减少水泥的用量。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28d向混凝土施加设计荷载，因此将试验混凝土标准强度的龄期向后推迟至56d或者90d是合理的。充分利用后期强度每立方米混凝土可以减少水泥用量40～70kg左右，混凝土内部的温度相应降低4～7℃。
（二）掺加外加料和外加剂。在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值，减少水泥用量。要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的方法之一。外加剂可以从以下几个方面来选择。UFA膨胀剂，它可以等量替换水泥。并且是混凝土产生适度的膨胀。一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力，以抵消混凝土中产生的部分拉应力。减水缓凝剂，并应保证一定的坍落度。这样可以延缓水化热的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。
四、结束语
市政桥梁施工关系到城市的发展和人民生命安全，对于桥梁结构裂缝要高度重视，抓好落实，认真研究裂缝产生的原因，积极想办法应对，妥善解决桥梁裂缝问题，保证市政桥梁的安全。
