论文部分内容阅读
摘要：近些年来，我国经济迅猛发展，交通基础建设随之得到较快发展，各地都兴建起了大量的大规模的混凝土桥梁等工程。但是，由于施工技術、原材料或地区气候等的原因，大桥裂缝的问题时常发生，严重的有时还会造成桥体垮塌等安全事故。本文就裂缝的成因进行全面的分析，并提出一些简单易行的处理措施，以方便设计、施工时找出控制、弥补裂缝的可行办法，为以后的工程质量做一个预警，达到防范于未然的目的。
关键词：混凝土 裂缝物理原因 冻胀
在桥梁建造和使用过程中，大桥裂缝的问题时常发生，严重的有时还会造成桥体垮塌等安全事故。混凝土开裂问题时常困扰着桥梁工程的施工技术人员。其实其中的一些问题只要能及时的采取一定的措施是完全可以控制和避免的，以下就对桥梁在建造和使用中过程中的常见病及多发病——“裂缝”的成因，进行一些分析。
目前，大规模桥梁的建设一般都用预应力混凝土。预应力混凝土是能充分利用混凝土抗压强度高和钢筋抗拉强度高的优势，在材料使用上“扬长避短”，大大的拓宽这种复合工程材料的使用范围。控制预压应力的大小，可以保证预应力梁板在承受设计弯曲荷载时，混凝土受弯区基本不产生拉应力，不出现裂缝，从而大幅度提高梁板的承载能力。
但是，即使应用了此类适合建造桥梁的预应力混凝土，表面的裂缝问题有时还是不可避免，造成混凝土桥梁出现裂缝的原因极为复杂，主要会受材料、施工、使用环境及结构设计等因素的影响。裂缝的种类繁多，不同类的裂缝对桥梁的危害程度也各有轻重。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因可以分为物理类裂缝和化学类裂缝，而物理类裂缝也是较常见且难以预防和控制的。
一、物理类裂缝
物理类裂缝是指由于受到温度梯度、收缩、变形、约束等各种因素的影响，导致混凝土内部或表面产生应力和应力变化，同时与混凝土增长中的强度之间不相适应而产生和发育城的裂缝。主要可以分为以下几种原因：
1.荷载引起的裂缝。混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力作用下产生的裂缝称为荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝和次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝；次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。
2.温度变化引起的裂缝。温度裂缝是粗裂缝产生的主要原因,一般出现在配筋较薄弱的地方。混凝土具有热胀冷缩的性质，在外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土会发生变形，若变形遭到约束，则就在结构内产生应力，当应力大小超过混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝。它的主要特征是裂缝会随温度变化而扩张或收缩。引起温度变化的主要因素有：年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工措施不当等。
3.收缩引起的裂缝。收缩裂缝是最常见的裂缝之一，特点是大部分都属于表面裂缝，且裂缝宽度较细，纵横交错，成龟裂状，形状没有什么规律，主要可分为塑性收缩和缩水收缩（干缩），另外还有自生收缩和炭化收缩。
塑性收缩是指在混凝土浇筑后4——5h左右，水泥中水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发的现象，混凝土失水后会收缩，同时骨料因自重而产生下沉，因此时混凝土尚未完全硬化，因此称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大，可达1%左右。在骨料下沉过程中如果喷到钢筋，便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀，会发生表面的顺腹板方向裂缝。
缩水收缩（干缩）是指混凝土在结硬以后，随着表层水分的蒸发，表面湿度逐步降低，混凝土体积减小的现象。由于混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力较大，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。
4.地基变形引起的裂缝。由于地基不均匀的进行沉降或水平方向的位移，导致混凝土桥梁结构中产生了附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，使结构开裂。地基不均匀产生沉降的主要原因有：地质勘察时精度不准，桥梁基础基建在滑坡体、溶洞或断层等不良地质带上；地基地质差异较大；结构荷载差异太大；结构基础类型差别太大；地基在冻胀；桥梁建成以后，原有地基条件变化分期建造的基础等。
5.钢筋锈蚀裂缝。由于混凝土质量较差或表面的保护层厚度不够,使二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面,钢筋周围混凝土的碱度降低,或者有氯化物浸入的情况下,使钢筋周围氯离子含量过高,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三者之间发生锈蚀反应,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、剥落,沿钢筋纵向产生裂缝,并会有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀,钢筋的有效断面积会减小,钢筋与混凝土的握裹力会被削弱,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。
6.冻胀引起的裂缝。大气温度低于零度时,含水过多的混凝土中出现冰冻,游离的水变成冰,体积膨胀约9%,因而混凝土会产生膨胀应力；与此同时混凝土胶孔中的过冷水(结冰温度在-78℃以下)在微观结构中迁移和重分布会引起渗透压变化,使混凝土强度降低,并导致裂缝出现。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,水灰比偏大、振捣不密实,养护不力使混凝土早期受冻等,均可导致混凝土产生冻胀裂缝。
已上是较常见的物理因素引起的裂缝，另外还有因施工材料质量不达标、施工工艺技术不合格、预应力张拉等原因而引起的裂缝。
二、化学类裂缝
化学类裂缝主要包括因水泥安定性及碱骨料（AAR）等化学反应产生，这类裂缝比较容易预防。混凝土中的碱性物质同骨料中的活性硅成分的反应称为碱骨料反应，这种会使混凝土结构出现膨胀裂缝的反应是有害的。发生碱骨料反应有两个必要条件，一是骨料具有一定的碱活性，二是要有适宜的环境（潮湿、浸水等）。碱骨料反应在骨料周围和混凝土缝隙中有硅酸碱胶滞体存在或挤出，在显微镜下观察，骨料颗粒周围出现反应环，砂浆或混凝土表面的出现网状微裂缝，水泥浆出现碳化现象。
由上可知，引起桥梁混凝土裂缝的原因很多，设计疏漏、施工低劣、监理不力等，均可能使混凝土桥梁出现裂缝。混凝土裂缝的出现不但会影响工程质量，而且修补过程麻烦。下面简单说几种常见的修补法：包括表面处理法、填充法、灌浆法、结构补强法等多种方法。这些方法使用时要分清裂缝产生的具体原因，对症下药，才能起到较好的补救效果。
因此，在工程建设中要严格按照国家有关规定和技术标准要求，对施工物进行严格设计、施工和监理，这是保证结构工程安全前提和基础。在运营管理过程中，应进一步加强巡查和管理，按时进行维护工作，及时发现和处理问题，用科学的处理方法处理，以降低裂缝所带来的危害，确保工程的建设质量。
关键词：混凝土 裂缝物理原因 冻胀
在桥梁建造和使用过程中，大桥裂缝的问题时常发生，严重的有时还会造成桥体垮塌等安全事故。混凝土开裂问题时常困扰着桥梁工程的施工技术人员。其实其中的一些问题只要能及时的采取一定的措施是完全可以控制和避免的，以下就对桥梁在建造和使用中过程中的常见病及多发病——“裂缝”的成因，进行一些分析。
目前，大规模桥梁的建设一般都用预应力混凝土。预应力混凝土是能充分利用混凝土抗压强度高和钢筋抗拉强度高的优势，在材料使用上“扬长避短”，大大的拓宽这种复合工程材料的使用范围。控制预压应力的大小，可以保证预应力梁板在承受设计弯曲荷载时，混凝土受弯区基本不产生拉应力，不出现裂缝，从而大幅度提高梁板的承载能力。
但是，即使应用了此类适合建造桥梁的预应力混凝土，表面的裂缝问题有时还是不可避免，造成混凝土桥梁出现裂缝的原因极为复杂，主要会受材料、施工、使用环境及结构设计等因素的影响。裂缝的种类繁多，不同类的裂缝对桥梁的危害程度也各有轻重。混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因可以分为物理类裂缝和化学类裂缝，而物理类裂缝也是较常见且难以预防和控制的。
一、物理类裂缝
物理类裂缝是指由于受到温度梯度、收缩、变形、约束等各种因素的影响，导致混凝土内部或表面产生应力和应力变化，同时与混凝土增长中的强度之间不相适应而产生和发育城的裂缝。主要可以分为以下几种原因：
1.荷载引起的裂缝。混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力作用下产生的裂缝称为荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝和次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝；次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。
2.温度变化引起的裂缝。温度裂缝是粗裂缝产生的主要原因,一般出现在配筋较薄弱的地方。混凝土具有热胀冷缩的性质，在外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土会发生变形，若变形遭到约束，则就在结构内产生应力，当应力大小超过混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝。它的主要特征是裂缝会随温度变化而扩张或收缩。引起温度变化的主要因素有：年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工措施不当等。
3.收缩引起的裂缝。收缩裂缝是最常见的裂缝之一，特点是大部分都属于表面裂缝，且裂缝宽度较细，纵横交错，成龟裂状，形状没有什么规律，主要可分为塑性收缩和缩水收缩（干缩），另外还有自生收缩和炭化收缩。
塑性收缩是指在混凝土浇筑后4——5h左右，水泥中水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发的现象，混凝土失水后会收缩，同时骨料因自重而产生下沉，因此时混凝土尚未完全硬化，因此称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大，可达1%左右。在骨料下沉过程中如果喷到钢筋，便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀，会发生表面的顺腹板方向裂缝。
缩水收缩（干缩）是指混凝土在结硬以后，随着表层水分的蒸发，表面湿度逐步降低，混凝土体积减小的现象。由于混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力较大，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。
4.地基变形引起的裂缝。由于地基不均匀的进行沉降或水平方向的位移，导致混凝土桥梁结构中产生了附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，使结构开裂。地基不均匀产生沉降的主要原因有：地质勘察时精度不准，桥梁基础基建在滑坡体、溶洞或断层等不良地质带上；地基地质差异较大；结构荷载差异太大；结构基础类型差别太大；地基在冻胀；桥梁建成以后，原有地基条件变化分期建造的基础等。
5.钢筋锈蚀裂缝。由于混凝土质量较差或表面的保护层厚度不够,使二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面,钢筋周围混凝土的碱度降低,或者有氯化物浸入的情况下,使钢筋周围氯离子含量过高,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三者之间发生锈蚀反应,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、剥落,沿钢筋纵向产生裂缝,并会有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀,钢筋的有效断面积会减小,钢筋与混凝土的握裹力会被削弱,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。
6.冻胀引起的裂缝。大气温度低于零度时,含水过多的混凝土中出现冰冻,游离的水变成冰,体积膨胀约9%,因而混凝土会产生膨胀应力；与此同时混凝土胶孔中的过冷水(结冰温度在-78℃以下)在微观结构中迁移和重分布会引起渗透压变化,使混凝土强度降低,并导致裂缝出现。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,水灰比偏大、振捣不密实,养护不力使混凝土早期受冻等,均可导致混凝土产生冻胀裂缝。
已上是较常见的物理因素引起的裂缝，另外还有因施工材料质量不达标、施工工艺技术不合格、预应力张拉等原因而引起的裂缝。
二、化学类裂缝
化学类裂缝主要包括因水泥安定性及碱骨料（AAR）等化学反应产生，这类裂缝比较容易预防。混凝土中的碱性物质同骨料中的活性硅成分的反应称为碱骨料反应，这种会使混凝土结构出现膨胀裂缝的反应是有害的。发生碱骨料反应有两个必要条件，一是骨料具有一定的碱活性，二是要有适宜的环境（潮湿、浸水等）。碱骨料反应在骨料周围和混凝土缝隙中有硅酸碱胶滞体存在或挤出，在显微镜下观察，骨料颗粒周围出现反应环，砂浆或混凝土表面的出现网状微裂缝，水泥浆出现碳化现象。
由上可知，引起桥梁混凝土裂缝的原因很多，设计疏漏、施工低劣、监理不力等，均可能使混凝土桥梁出现裂缝。混凝土裂缝的出现不但会影响工程质量，而且修补过程麻烦。下面简单说几种常见的修补法：包括表面处理法、填充法、灌浆法、结构补强法等多种方法。这些方法使用时要分清裂缝产生的具体原因，对症下药，才能起到较好的补救效果。
因此，在工程建设中要严格按照国家有关规定和技术标准要求，对施工物进行严格设计、施工和监理，这是保证结构工程安全前提和基础。在运营管理过程中，应进一步加强巡查和管理，按时进行维护工作，及时发现和处理问题，用科学的处理方法处理，以降低裂缝所带来的危害，确保工程的建设质量。