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淺析鋼筋混凝土橋梁裂縫的成因與預防

摘要：本文對鋼筋混凝土橋梁裂縫的類型和產生原因做了較全面的分析總結，以便在設計和施工時有效控制裂縫的產生，達到防患于未然的目的。

關鍵詞：裂縫種類；成因；分析；預防

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作用下不斷產生和發(fā)展，引起混凝土碳化，保護層剝落及鋼筋銹蝕，直至影響結構的安全性和使用壽命，必須加以控制。

一、混凝土橋梁設計原理

我國現行的公路橋涵規(guī)范規(guī)定:橋梁應根據所在公路的使用任務、性質和將來的發(fā)展需要，按照適用、經濟、安全和美觀的原則進行設計,這些要求基本上包含了人們關心的所有重要問題?；炷翗蛄壕唧w的設計過程是按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)來進行的。按承載能力極限狀態(tài)是控制結構在喪失服務能力臨界狀態(tài)時的承載能力，其設計的基本原則是要求荷載效應不利組合的設計值要小于結構抗力的設計值。同時利用荷載安全系數、材料安全系數及工作條件系數來考慮不確定因素作用下的結構總體的安全儲備，是一種極限狀態(tài)設計法。按正常使用極限狀態(tài)是控制結構在正常使用狀態(tài)時應力，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件的結構設計。有關規(guī)范規(guī)定：在一般正常大氣條件下，鋼筋混凝土受彎構件在荷載組合Ⅰ的作用下，計算得到的最大裂縫寬度不應超過0.2mm；在荷載組合Ⅱ和Ⅲ作用下，不應超過0.25mm；處于嚴重暴露情況下的鋼筋混凝土構件，容許裂縫寬度不應超過0.1mm。

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

二、混凝土橋梁裂縫的成因分析及預防措施

隨著橋梁使用年齡的增加，車輛的超載現象不斷增加，會使細微裂縫不斷的擴大，甚至會斷裂，此時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一步深入認識，并且作出全面分析，以避免和克服因為裂縫引起的對橋梁使用性能的影響。經過對現在此方面的研究成果和工程實例的分析，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引起的裂縫

1、水泥品種、標號及用量。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，水泥標號越低、單位體積用量越大、磨細度越大，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度，施工時經常采用強行增加水泥用量的做法，結果收縮應力明顯加大。

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。

設計和施工不合理產生的裂縫

此類裂縫是我們在工程實例中發(fā)現最多的裂縫形式，許多橋梁設計人員往往只滿足于規(guī)范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。有的結構整體性和延性不足，冗余性??；有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構件截面過薄。這些都削弱了結構安全性，會嚴重影響結構的使用。不少橋梁，雖然滿足了橋梁設計規(guī)范的強度要求，僅用了5～10年就因為出了問題影響結構安全。例如我們發(fā)現在混凝土橋梁豎向有截面突變的地方很容易產生裂縫，研究分析結果顯示：混凝土在澆筑后發(fā)生水化反應、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，但此時混凝土的強度和硬度都不高，骨料下沉時受到鋼筋的阻擋，便產生了沿鋼筋方向的裂縫。為避免此類裂縫的產生，在設計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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