淺析鋼筋混凝土橋梁裂縫的成因與預(yù)防

摘要：本文對鋼筋混凝土橋梁裂縫的類型和產(chǎn)生原因做了較全面的分析總結(jié)，以便在設(shè)計(jì)和施工時有效控制裂縫的產(chǎn)生，達(dá)到防患于未然的目的。

關(guān)鍵詞：裂縫種類；成因；分析；預(yù)防

混凝土是脆性材料，而鋼筋卻是韌性材料，它們兩者在一起工作，彈性模量相差很大，而且兩者的強(qiáng)度差別就更大，因此兩種材料在一起共同發(fā)揮作用，要使鋼筋參加工作，比較多的承受力，混凝土勢必開裂。大量的工程和理論分析表明鋼筋混凝土構(gòu)件基本上都是帶裂縫工作的。裂縫一般分成不可見裂縫和可見裂縫?？梢娏芽p又分為無害裂縫和有害裂縫。有害裂縫在使用荷載或外界物理及化學(xué)作用下不斷產(chǎn)生和發(fā)展，引起混凝土碳化，保護(hù)層剝落及鋼筋銹蝕，直至影響結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命，必須加以控制。

一、混凝土橋梁設(shè)計(jì)原理

我國現(xiàn)行的公路橋涵規(guī)范規(guī)定:橋梁應(yīng)根據(jù)所在公路的使用任務(wù)、性質(zhì)和將來的發(fā)展需要，按照適用、經(jīng)濟(jì)、安全和美觀的原則進(jìn)行設(shè)計(jì),這些要求基本上包含了人們關(guān)心的所有重要問題?；炷翗蛄壕唧w的設(shè)計(jì)過程是按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)來進(jìn)行的。按承載能力極限狀態(tài)是控制結(jié)構(gòu)在喪失服務(wù)能力臨界狀態(tài)時的承載能力，其設(shè)計(jì)的基本原則是要求荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值要小于結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計(jì)值。同時利用荷載安全系數(shù)、材料安全系數(shù)及工作條件系數(shù)來考慮不確定因素作用下的結(jié)構(gòu)總體的安全儲備，是一種極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。按正常使用極限狀態(tài)是控制結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)時應(yīng)力，裂縫和變形小于一個限定值，即使用容許裂縫寬度來控制混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。有關(guān)規(guī)范規(guī)定：在一般正常大氣條件下，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在荷載組合Ⅰ的作用下，計(jì)算得到的最大裂縫寬度不應(yīng)超過0.2mm；在荷載組合Ⅱ和Ⅲ作用下，不應(yīng)超過0.25mm；處于嚴(yán)重暴露情況下的鋼筋混凝土構(gòu)件，容許裂縫寬度不應(yīng)超過0.1mm。

混凝土構(gòu)件容許裂縫的存在，是由混凝土抗拉能力差，容易開裂的缺點(diǎn)決定的。通過對大量的工程實(shí)例的研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的混凝土構(gòu)件都是帶裂縫工作的，只是有些裂縫很細(xì)，一般對結(jié)構(gòu)和使用無大的影響，可允許其存在；有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學(xué)因素的作用下，不斷產(chǎn)生和擴(kuò)展，引起混凝土明顯的病害，如保護(hù)層剝落、鋼筋腐蝕，從而導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴(yán)重時甚至發(fā)生垮塌事故，危害結(jié)構(gòu)的正常使用。

二、混凝土橋梁裂縫的成因分析及預(yù)防措施

隨著橋梁使用年齡的增加，車輛的超載現(xiàn)象不斷增加，會使細(xì)微裂縫不斷的擴(kuò)大，甚至?xí)嗔眩藭r困擾橋梁工程師的最大問題是對裂縫的形成原因以及對鋼筋的腐蝕作用的進(jìn)一步深入認(rèn)識，并且作出全面分析，以避免和克服因?yàn)榱芽p引起的對橋梁使用性能的影響。經(jīng)過對現(xiàn)在此方面的研究成果和工程實(shí)例的分析，混凝土橋梁的裂縫形成原因可大致梳理為以下幾個方面：

混凝土用料選用不當(dāng)引起的裂縫

1、水泥品種、標(biāo)號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高；普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。此外，水泥標(biāo)號越低、單位體積用量越大、磨細(xì)度越大，則混凝土收縮越大，并且發(fā)生收縮時間越長。例如，為了提高混凝土的強(qiáng)度，施工時經(jīng)常采用強(qiáng)行增加水泥用量的做法，結(jié)果收縮應(yīng)力明顯加大。

2、骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低；而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。此外，骨料粒徑大收縮小，含水量大收縮越大。

3、水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。

4、外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。

設(shè)計(jì)和施工不合理產(chǎn)生的裂縫

此類裂縫是我們在工程實(shí)例中發(fā)現(xiàn)最多的裂縫形式，許多橋梁設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性??；有的計(jì)算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強(qiáng)度等級過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過薄。這些都削弱了結(jié)構(gòu)安全性，會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用。不少橋梁，雖然滿足了橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求，僅用了5～10年就因?yàn)槌隽藛栴}影響結(jié)構(gòu)安全。例如我們發(fā)現(xiàn)在混凝土橋梁豎向有截面突變的地方很容易產(chǎn)生裂縫，研究分析結(jié)果顯示：混凝土在澆筑后發(fā)生水化反應(yīng)、泌水和大量水分蒸發(fā)，混凝土因失水而收縮，而骨料因重力影響向下沉降，但此時混凝土的強(qiáng)度和硬度都不高，骨料下沉?xí)r受到鋼筋的阻擋，便產(chǎn)生了沿鋼筋方向的裂縫。為避免此類裂縫的產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)階段要盡量避免截面突變的存在，不能避免時要做特殊的處理，可將突變截面做成漸變截面，同時適量的增加鋼筋數(shù)量；在施工時要注意振搗，最好是在變截面處分層澆筑。

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