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探讨道路桥梁钢筋砼裂缝产生原因

【摘要】道路桥梁裂缝是造成桥梁损坏的原因之一,本文对混凝土桥梁裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析、总结,以便为设计、施工找出控制裂缝的可行办法,达到防范于未然的作用。 

【关键词】道路桥梁钢筋砼;裂缝;种类;产生原因  
  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。钢筋混凝土桥梁裂缝的种类,就其产生的原因,分析如下: 
  1 荷载引起的裂缝 
  结构受荷后产生裂缝的原因很多,施工与运营中均有可能因此出现裂缝。裂缝产生的原因有: 
  1.1 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。 
  1.2 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。 
  1.3 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、地震等。 
  2 温度变化引起的裂缝 
  混凝土具有热胀冷缩的物理性质,其线膨胀系数约为1×10-5/0C,当外部环境或结构内部温度发生变化时,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。 
  2.1 年温差。一年中四季温度不断变化,但变化相对缓慢,对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移,一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调,只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝。 
  2.2 日照。桥面系或桥墩侧面受太阳曝晒后,温度会明显高于其它部位,温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用,导致局部拉应力较大,出现裂缝。日照和骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。 
  2.3 骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降,但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。 
  2.4 水化热。出现在施工过程中,大体积混凝土(厚度超过2.0米)浇筑之后由于水泥水化放热,致使内部温度很高(可达700C以上),内外温差太大,致使表面出现裂缝。 
  2.5 蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当,混凝土骤冷骤热,内外温度不均,易出现裂缝。 
  2.6 预制T梁之间横隔板安装时,支座预埋钢板与调平钢板焊接时,若焊接措施不当,铁件附近混凝土容易烧伤开裂。采用电热张拉法张拉预应力构件时,预应力钢材温度可升高至350℃,混凝土构件也容易开裂。 
  3 徐变引起的裂缝 
  结构构件在内应力的作用下,除瞬时弹性变形外,其变形值会随时间的延长而增加。因变形量加大而使受拉区混凝土承受拉应力,造成裂缝的出现。预应力构件因徐变会产生较大的应力损失,降低了结构的抗裂性能。 
  4 收缩引起的裂缝 
  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。影响混凝土收缩裂缝的主要因素有: 
  4.1 水泥品种、标号及用量。矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高,普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大,则混凝土收缩越大,且发生收缩时间越长。 
  4.2 骨料品种。骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低;而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小,含水量大收缩越大。 
  4.3 水灰比。用水量越大,水灰比越高,混凝土收缩越大。 
  4.4 外掺剂。外掺剂保水性越好,则混凝土收缩越小。 
  4.5 养护方法。良好的养护可加速混凝土的水化反应,获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长,则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。 
  4.6 振捣方式及时间。机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定,一般以5~15s/次为宜。时间太短,振捣不密实,形成混凝土强度不足或不均匀;时间太长,造成分层,粗骨料沉入底层,细骨料留在上层,强度不均匀,上层易发生收缩裂缝。 
  5 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: 
  5.1 地质勘察精度不够、试验资料不准。在没有充分掌握地质情况就设计、施工,这是造成地基不均匀沉降的主要原因。 
  5.2 地基地质差异太大。建造在山区沟谷的桥梁,河沟处的地质与山坡处变化较大,河沟中甚至存在软弱地基,地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。 
  5.3 结构荷载差异太大。在地质情况比较一致条件下,各部分基础荷载差异太大时,有可能引起不均匀沉降,例如高填土箱形涵洞中部比两边的荷载要大,中部的沉降就要比两边大,箱涵可能开裂。 
  5.4 结构基础类型差别大。同一联桥梁中,混合使用不同基础如扩大基础和桩基础,或同时采用桩基础但桩径或桩长差别大时,或同时采用扩大基础但基底标高差异大时,也可能引起地基不均匀沉降。 
  6 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。 
  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。 
  7.1 水泥安定性不合格,水泥中游离的氧化钙含量超标。氧化钙在凝结过程中水化很慢,在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用,可破坏已硬化的水泥石,使混凝土抗拉强度下降。 
  7.2 水泥出厂时强度不足,水泥受潮或过期,可能使混凝土强度不足,从而导致混凝土开裂。 
  7.3 当水泥含碱量较高(例如超过0.6%),同时又使用含有碱活性的骨料,可能导致碱骨料反应。 
  7.4 砂石含泥量大,骨料粒径过小,外加剂质量差或加入量过大等。 
  8 施工方面引起的裂缝 
  8.1 用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,使得混凝土体积上出现不规则裂缝。 
  8.2 混凝土分层或分段浇筑时,接头部位处理不好,易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。 
  8.3 混凝土早期受冻,使构件表面出现裂纹,或局部剥落,或脱模后出现空鼓现象。 
  8.4 施工时模板刚度不足,在浇筑混凝土时,由于侧向压力的作用使得模板变形,产生与模板变形一致的裂缝。 
  8.5 安装顺序不正确,对产生的后果认识不足,导致产生裂缝。如钢筋混凝土连续梁满堂支架现浇施工时,钢筋混凝土墙式护栏若与主梁同时浇筑,拆架后墙式护栏往往产生裂缝;拆架后再浇筑护栏,则裂缝不易出现。 
  9 结语: 
  严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理,是保证结构安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中,必须对桥梁进行养护、维修与加固,使基经常处于完好的技术状态,以延长其使用年限。 

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