1、道路桥梁施工中混凝土裂缝成因分析摘要：混凝土是国内应用最广泛的建筑材料，其抗压性、可塑性以及耐火性优势十分明显，但抗拉能力较差，施工过程中容易开裂。混凝土裂缝是公路桥梁工程施工过程中常见的问题之一，混凝土裂缝的出现会影响工程质量甚至造成工程安全隐患。公路桥梁工程施工中混凝土裂缝产生的原因分析混凝土公路桥梁产生裂缝的原因。 关键词：桥梁施工；混凝土；裂缝；产生原因 中图分类号： U448.14 文献标识码： A 引言 在桥梁建造和使用过程中，混凝土出现裂缝是一种常见的病害，严重影响了工程质量，对结构安全存在着极大的隐患。但是如果采取合理的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。为了进一步加强
2、对混凝土桥梁裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的裂缝，根据桥梁混凝土结构的特性，本文分析了产生裂缝的种类和原因，并总结施工经验，提出了对裂缝的防治和处理措施。 一、混凝土桥梁裂缝种成因 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、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为荷载裂缝，分为直接应力裂缝、次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝产生的原因有: (1)设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受
3、力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性；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。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，由于结构物的实际工
4、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，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，而在锚固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。 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。但必须指出，如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝
5、，往往是结构达到承载力极限的标志，是结构破坏的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。 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。温度裂缝的特征主要表现为裂缝的走向一般无规律性，深层或贯穿裂缝的走向一般与主筋平行或接近平行，裂缝宽度大小不一，受温度变化的影响热细冷宽。表面温度裂缝出现在现浇混凝土 12 天之间，深层温度裂缝与贯穿温度裂缝常出现在现浇混凝土 21 天后。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
6、扩张或合拢。引起温度变化主要因素有:年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当等。 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炭化收缩。混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。常出现在混凝土浇筑后数周或数月后。影响混凝土收缩裂缝的主要因素有:水泥品种、标号及用量、骨料品种、水灰比、外掺剂、养护方法、外界环境、振捣方式及时间。 4、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
7、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、分期建造的基础、地基冻胀、桥梁基础置于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。桥梁建成以后，原有地基条件变化。 对于拱桥等产生水平推力的结构物，对地质情况掌握不够、设计不合理和施工时破坏了原有地质条件是产生水平位移裂缝的主要原因。 5、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
8、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 24 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(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
9、它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。 6、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，混凝土强度降低，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。 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；混凝土水灰比偏大、振捣不密实；养护不力使混凝土早期受冻等
10、，均可能导致混凝土冻胀裂缝。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和水中掺入防冻剂(但氯盐不宜使用)，可保证混凝土在低温或负温条件下硬化。 7、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。 8、施工工艺质量引起的裂缝 在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。特别是一些新型结构桥梁的施工，要严格按照图纸说明中提出的
11、要求进行控制，以有效减少混凝土裂缝。 三、车辙和推移 车辙是在行车荷载重复作用下，路面产生永久性变形积累形成的带状凹槽。车辙和推移降低了路面平整度，当车辙达到一定深度时，由于辙槽内积水，极易发生汽车飘滑而导致交通事故。 车辙和推移形成的主要原因如下： 1、行车荷载的影响。车辆按规定正常在行车道行驶，使得高速公路的交通渠化现象非常突出，随着车辆荷载作用次数增加，行车道车辆轮迹处进一步压实并逐渐形成不同程度的车槽。 2、基层施工质量差。因基层的厚度不足或因基层材料、施工、养生不当导致基层整体强度不足，由于荷载作用超过路面各层的强度，使得路表变形过大而形成辙槽和推移。 3、沥青面层高温稳定性差。由于
12、沥青混合料是一种弹塑性材料，如沥青、矿料的选材不当或混合料组成不当会导致沥青混合料的高温稳定性差、抗塑性变形能力低，在高温条件下，车轮碾压反复作用，荷载应力超过沥青混合料的稳定极限，使流动变形不断积累形成车辙和推移。 预防车辙和推移病害，首先，要选取合适的筑路材料。选用低针入度，高软化点，低含蜡量的高粘度沥青和表面粗糙、嵌挤作用好，与沥青粘结性能强的集料，可在一定程度上缓解车辙的形成。其次，在施工中要加强控制压实度，是避免压实度不足引起车辙的有效途径。再次，在高温季节，应严格控制大型超载车通行。 四、泛油 沥青混合料中的沥青在天气炎热时向上迁移到路面表面，而在冷天时又不存在逆过程，因而沥青积聚
13、在路面表面，形成一层有光泽的沥青膜的现象为泛油。 1、泛油的成因如下 混合料组成设计不当。混合料中沥青用量过多或空隙率过小，在车辆荷载反复作用下，多余沥青由下部泛到路表形成泛油。 混合料拌和控制不严。细料含量过少，混合料比表面积较小，则沥青用量相对较多，也易出现泛油。 粘层油用量不当。喷洒过多或洒布不均匀也会局部出现泛油。 施工质量差。摊铺时混合料产生离析，局部细料过分集中，也易泛油。 水破坏。雨水渗入使下层沥青与石料剥离，在水作用下沥青膜剥落，上泛引起表层泛油。预防泛油，必须合理设计混合料组成比例，避免沥青用量过多；精细施工，严格控制施工质量；投入使用后注意养护，防止雨水大量渗入。 五、结语 高速公路路面一旦出现病害，维修起来不但费时费力，而且影响公路的正常使用，所以对于高速公路路面的各种病害应以预防为主。为有效预防病害发生，必须深入研究各种病害的形成机理、预防措施和处治方法，从而为在设计、施工和管理养护等环节中尽可能消除病害隐患提供理论支持。 参考文献： 1史国栋，孙莺莺.浅谈混凝土的施工温度与裂缝J.黑龙江科技信息.2011(24) 2邢春安，陈俊杰，关红民.混凝土裂缝产生的原因及防治J.河南水利与南水北调.2011(14) 3刘亚平.混凝土裂缝控制技术及其应用J.建筑技术开发.2010(12)
