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钢筋混凝土桥梁裂缝成因
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摘要：介绍了钢筋混凝土桥梁粱体裂缝的形成原因及修补措施，并介绍了几种常见的维修方法。使其处于良好的工作状态。
关键词：钢筋混凝土；桥梁梁体；裂缝；修补方法
在桥梁建造过程中，混凝土开裂是“常发病”和“多发病”，经常困扰着桥梁工程技术人员。笔者参与某桥梁的实地检测，结合近年来国内外对混凝土桥梁裂缝的研究，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，以方便设计、施工找出控制裂缝的可行办法。
一、桥梁混凝土裂缝形成的原因
1.收缩裂缝
混凝土凝固时，由于水泥水化产物的体积比反应前物质的总体积要小，因而产生收缩，称为化学收缩或凝缩；混凝土在硬化过程中随着水分的逐渐蒸发，体积逐渐减小，称为干缩，化学收缩与干缩合称为收缩。混凝土的干燥过程是由表面逐渐扩展到内部的，在混凝土内部呈现含水梯度，因此产生表面收缩大，内部收缩小的不均匀收缩，导致表面混凝土承受拉力，内部混凝土承受压力。当表面混凝土所受的拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。
2.温度裂缝
混凝土受水泥水化放热、阳光照射、大气及周围温度、电弧焊接等因素影响，而出现冷热变化时，将发生收缩和膨胀，产生温度应力，温度应力超过混凝土强度时，即产生裂缝，称为温度裂缝。
由于混凝土是热的不良导体，水化初期放出大量热量难以散发，大体积混凝土浇筑后，内部温度较外部高，这将使内部混凝土产生显著的体积膨胀，而外部混凝土却随气温降低而冷却收缩。这种内部膨张和外部收缩相互制约，极易产生温度裂缝。蒸气养护及冬季施工时如措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，也易产生温度裂缝。
当构件较长，且两端固定时，由于周围温度变化将产生附加的温度应力，该附加应力和原有内力的合力超过混凝土强度时就会产生破坏裂缝。
在新旧混凝土接头处，沿接缝面的垂直方向常因水化热的原因而产生温度裂缝。
3.荷载作用下产生的裂缝
（1）弯曲裂缝
在混凝土梁上施加弯矩时，将产生弯曲裂缝。对受弯构件和压弯构件来说，弯曲裂缝首先出现在弯矩最大截面的混凝土受拉区。梁板结构的正弯矩裂缝一般位于跨中，从底边开始向上发展.负弯矩裂缝位于连续或悬臂粱板的支座附近，自上向下发展。
随着荷载的增大，裂缝宽度增大，长度延伸，缝数增多，裂缝区域逐渐向两侧发展。
（2）剪切裂缝
剪切裂缝也称斜裂缝，首先发生在剪应力最大的部位。对受弯构件和压弯构件，裂缝往往发生于支座附近。由下部开始，沿着与轴线成25o～5Oo左右的角度裂开。随着荷载增大。裂缝长度将不断增长并向受压区发展，裂缝缝数不断增多并分岔，裂缝区也逐渐向跨中方向扩大。
剪切裂缝一旦出现，就应加强观察。如裂缝发展缓慢并限制在受拉区。裂缝宽度在限值以内，此时还允许；但如裂缝不断发展或者裂缝已接近受压区，则不论其宽度和长度如何都应及时予以必要的加固处理。
（3）断开裂缝
钢筋混凝土构件受拉时，进入整个截面的裂缝称为断开裂缝。受拉构件在荷载作用下产生的裂缝均沿正截面开裂，裂缝间距有一定规律。受拉构件在内力较小时，混凝土和钢筋均匀承受拉力，随着内力增大，混凝土内拉应力达到其受拉极限，产生裂缝并退出工作，但裂缝宽度小于规定限值，全部拉力由钢筋承担，这是允许出现裂缝构件的工作状态。荷载继续增大，钢筋应力达到屈服极限，钢筋伸长率较大，裂缝很宽，超过设计规范允许宽度的许多倍，这时多为使用所不允许的或构件将接近破坏的状态。
4.钢筋锈蚀引起的裂缝
因混凝土质量较差，或保护层厚度不足，或保护层被碳化使钢筋周围混凝土碱度降低，或有氯化物浸入，等等，均可引起钢筋表面氧化膜破坏而发生锈蚀反应；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。钢盘锈蚀使得钢筋有效断面减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降。继而将诱发其它形式的裂缝；而其它裂缝的产生又会加剧钢筋锈蚀，最后可能导致结构破坏。要防止钢筋锈蚀。主要应确保钢筋有足够的保护层厚度(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，并应加强振捣，保证混凝土的密实性：还要严格控制含氯盐的外加剂用量，对沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎用含氯盐的外加剂。
二、裂缝的修补方法
1.表面封闭修补法
通常是在混凝土表面沿宽度较小的裂缝涂抹树脂保护膜，在裂缝宽度有可能变动时，可采用具有跟踪性的焦油环氧树脂等材料。在裂缝多而且密集或者混凝土老化、砂浆离析的结构物上也可大面积涂抹保护膜。
2.凿深槽嵌补法
先沿裂缝凿一条深槽，槽形根据裂缝位置和填补材料而定，然后在槽内嵌补各种黏结材料，如环氧砂浆、沥青、甲凝等。
3.表面啧浆法
在经凿毛处理的裂缝表面，喷射一层密实而且强度高的水泥砂浆保护层来封闭裂缝的一种修补方法。根据裂缝的部位、性质和修补要求与条件，可采用无筋素喷浆，或挂网喷浆结合凿槽嵌补等修补方法。
4.打箍加固封闭法
当钢筋混凝土产生主应力裂缝时，可采用在裂缝处加箍使裂缝封闭的方法。箍可用扁钢焊成或圆钢制成，可以直箍也可以斜箍。其方向应和裂缝方向垂直。箍与梁的上下面接触处可垫以角钢或钢板。角钢或钢板面积及箍的横截面积，按修补加固部位主应力的大小、箍的安全应力及混凝土的抗压强度通过计算确定。
5. 粘贴钢板法
将整个钢板黏贴于待修补的裂缝位置上，使其与原有的混凝土成为整体，从而提高对活载的抵抗力。用于粘贴的钢板厚度一般为4.5 mm～6 mm，而混凝土与钢板的黏结剂一般采用环氧基液黏结剂。
6.注入法黏贴钢板
在混凝土表面与钢板之间加垫块等使两者之间保持一定空隙，并用环氧树脂胶泥封闭四周，而后从注入El注入环氧树脂。同时排出空隙中的空气。由于是从一方注入因而容易残留气泡，施工时一般用木槌随时敲打钢板来确定是否灌实。这种施工法虽然费时，但即使混凝土表面不平整也可进行施工。
三、结语
随着我国公路桥梁事业的发展和裂缝开展机理的进一步研究，影响因素逐渐量化。随着结构计算理论的发展和计算软件的应用，大部分因素对钢筋混凝土裂缝的影响能够较准确的计算出来，采取适当的措施可以预防和控制裂缝开展。 来源: 《建筑中文网》.
关键词：钢筋混凝土；桥梁梁体；裂缝；修补方法
在桥梁建造过程中，混凝土开裂是“常发病”和“多发病”，经常困扰着桥梁工程技术人员。笔者参与某桥梁的实地检测，结合近年来国内外对混凝土桥梁裂缝的研究，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，以方便设计、施工找出控制裂缝的可行办法。
一、桥梁混凝土裂缝形成的原因
1.收缩裂缝
混凝土凝固时，由于水泥水化产物的体积比反应前物质的总体积要小，因而产生收缩，称为化学收缩或凝缩；混凝土在硬化过程中随着水分的逐渐蒸发，体积逐渐减小，称为干缩，化学收缩与干缩合称为收缩。混凝土的干燥过程是由表面逐渐扩展到内部的，在混凝土内部呈现含水梯度，因此产生表面收缩大，内部收缩小的不均匀收缩，导致表面混凝土承受拉力，内部混凝土承受压力。当表面混凝土所受的拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。
2.温度裂缝
混凝土受水泥水化放热、阳光照射、大气及周围温度、电弧焊接等因素影响，而出现冷热变化时，将发生收缩和膨胀，产生温度应力，温度应力超过混凝土强度时，即产生裂缝，称为温度裂缝。
由于混凝土是热的不良导体，水化初期放出大量热量难以散发，大体积混凝土浇筑后，内部温度较外部高，这将使内部混凝土产生显著的体积膨胀，而外部混凝土却随气温降低而冷却收缩。这种内部膨张和外部收缩相互制约，极易产生温度裂缝。蒸气养护及冬季施工时如措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，也易产生温度裂缝。
当构件较长，且两端固定时，由于周围温度变化将产生附加的温度应力，该附加应力和原有内力的合力超过混凝土强度时就会产生破坏裂缝。
在新旧混凝土接头处，沿接缝面的垂直方向常因水化热的原因而产生温度裂缝。
3.荷载作用下产生的裂缝
（1）弯曲裂缝
在混凝土梁上施加弯矩时，将产生弯曲裂缝。对受弯构件和压弯构件来说，弯曲裂缝首先出现在弯矩最大截面的混凝土受拉区。梁板结构的正弯矩裂缝一般位于跨中，从底边开始向上发展.负弯矩裂缝位于连续或悬臂粱板的支座附近，自上向下发展。
随着荷载的增大，裂缝宽度增大，长度延伸，缝数增多，裂缝区域逐渐向两侧发展。
（2）剪切裂缝
剪切裂缝也称斜裂缝，首先发生在剪应力最大的部位。对受弯构件和压弯构件，裂缝往往发生于支座附近。由下部开始，沿着与轴线成25o～5Oo左右的角度裂开。随着荷载增大。裂缝长度将不断增长并向受压区发展，裂缝缝数不断增多并分岔，裂缝区也逐渐向跨中方向扩大。
剪切裂缝一旦出现，就应加强观察。如裂缝发展缓慢并限制在受拉区。裂缝宽度在限值以内，此时还允许；但如裂缝不断发展或者裂缝已接近受压区，则不论其宽度和长度如何都应及时予以必要的加固处理。
（3）断开裂缝
钢筋混凝土构件受拉时，进入整个截面的裂缝称为断开裂缝。受拉构件在荷载作用下产生的裂缝均沿正截面开裂，裂缝间距有一定规律。受拉构件在内力较小时，混凝土和钢筋均匀承受拉力，随着内力增大，混凝土内拉应力达到其受拉极限，产生裂缝并退出工作，但裂缝宽度小于规定限值，全部拉力由钢筋承担，这是允许出现裂缝构件的工作状态。荷载继续增大，钢筋应力达到屈服极限，钢筋伸长率较大，裂缝很宽，超过设计规范允许宽度的许多倍，这时多为使用所不允许的或构件将接近破坏的状态。
4.钢筋锈蚀引起的裂缝
因混凝土质量较差，或保护层厚度不足，或保护层被碳化使钢筋周围混凝土碱度降低，或有氯化物浸入，等等，均可引起钢筋表面氧化膜破坏而发生锈蚀反应；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。钢盘锈蚀使得钢筋有效断面减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降。继而将诱发其它形式的裂缝；而其它裂缝的产生又会加剧钢筋锈蚀，最后可能导致结构破坏。要防止钢筋锈蚀。主要应确保钢筋有足够的保护层厚度(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，并应加强振捣，保证混凝土的密实性：还要严格控制含氯盐的外加剂用量，对沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎用含氯盐的外加剂。
二、裂缝的修补方法
1.表面封闭修补法
通常是在混凝土表面沿宽度较小的裂缝涂抹树脂保护膜，在裂缝宽度有可能变动时，可采用具有跟踪性的焦油环氧树脂等材料。在裂缝多而且密集或者混凝土老化、砂浆离析的结构物上也可大面积涂抹保护膜。
2.凿深槽嵌补法
先沿裂缝凿一条深槽，槽形根据裂缝位置和填补材料而定，然后在槽内嵌补各种黏结材料，如环氧砂浆、沥青、甲凝等。
3.表面啧浆法
在经凿毛处理的裂缝表面，喷射一层密实而且强度高的水泥砂浆保护层来封闭裂缝的一种修补方法。根据裂缝的部位、性质和修补要求与条件，可采用无筋素喷浆，或挂网喷浆结合凿槽嵌补等修补方法。
4.打箍加固封闭法
当钢筋混凝土产生主应力裂缝时，可采用在裂缝处加箍使裂缝封闭的方法。箍可用扁钢焊成或圆钢制成，可以直箍也可以斜箍。其方向应和裂缝方向垂直。箍与梁的上下面接触处可垫以角钢或钢板。角钢或钢板面积及箍的横截面积，按修补加固部位主应力的大小、箍的安全应力及混凝土的抗压强度通过计算确定。
5. 粘贴钢板法
将整个钢板黏贴于待修补的裂缝位置上，使其与原有的混凝土成为整体，从而提高对活载的抵抗力。用于粘贴的钢板厚度一般为4.5 mm～6 mm，而混凝土与钢板的黏结剂一般采用环氧基液黏结剂。
6.注入法黏贴钢板
在混凝土表面与钢板之间加垫块等使两者之间保持一定空隙，并用环氧树脂胶泥封闭四周，而后从注入El注入环氧树脂。同时排出空隙中的空气。由于是从一方注入因而容易残留气泡，施工时一般用木槌随时敲打钢板来确定是否灌实。这种施工法虽然费时，但即使混凝土表面不平整也可进行施工。
三、结语
随着我国公路桥梁事业的发展和裂缝开展机理的进一步研究，影响因素逐渐量化。随着结构计算理论的发展和计算软件的应用，大部分因素对钢筋混凝土裂缝的影响能够较准确的计算出来，采取适当的措施可以预防和控制裂缝开展。 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200908/13381.htm
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