混凝土橋梁裂縫成因綜述

1、混凝土橋梁裂縫成因綜述    引言：混凝土因取材廣泛，價(jià)格低廉，抗壓強(qiáng)度高，可澆筑成各種形狀，并且耐火性好，不易風(fēng)化，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低，成為當(dāng)今世界建筑結(jié)構(gòu)中使用最廣泛的建筑材料。混凝土最主要的缺點(diǎn)是抗拉能力差，容易開裂。大量的工程實(shí)踐和理論分析說明，幾乎所有的混凝土構(gòu)件均是帶裂縫工作的，只是有些裂縫很細(xì)，甚至肉眼看不見（0.05mm），一般對結(jié)構(gòu)的使用無大的危害，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，引起混凝土炭化，保護(hù)層剝落，鋼筋腐蝕，使混凝土的強(qiáng)度和剛度受到削弱，耐久性降低，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生垮塌事故，危害結(jié)構(gòu)正常使用

2、，必須加以控制。我國現(xiàn)在公路，鐵路，建筑，水利 等部門設(shè)計(jì)規(guī)范均采用限制構(gòu)件裂縫寬度的辦法來保障混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用。本文所討論的僅指后一類裂縫。 近年來，我國交通基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)展，各地興建了大量的混凝土橋梁。在橋梁建造和使用過程中，有關(guān)因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)致橋梁跨塌的報(bào)道屢見不鮮?；炷灵_裂可以說是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”，經(jīng)常困擾著橋梁工程技術(shù)人員。其實(shí)，如果采用一定的設(shè)計(jì)和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。為了進(jìn)一步加強(qiáng)對混凝土橋梁裂縫的認(rèn)識(shí)，盡量避免工程中出現(xiàn)危害較大的裂縫，本文盡可能對混凝土橋梁裂縫的種類和產(chǎn)生的原因作全面的分析，總結(jié)，以方便設(shè)計(jì)，施工找出控制裂縫的可

3、行辦法，達(dá)到防范于未然的目的。 實(shí)際上，混凝土結(jié)構(gòu)的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因?；炷翗蛄毫芽p的種類，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾種： 1 荷載引起的裂縫 混凝土橋梁在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應(yīng)力裂縫，次應(yīng)力裂縫兩種。 1.1 直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有： 設(shè)計(jì)計(jì)算階段，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)不計(jì)算或部分漏 算；計(jì)算模型不合理；結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際受力不符；荷載少算或漏算；內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤；結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮施工的可能性；設(shè)計(jì)斷面不足；鋼筋設(shè)置偏少或布置錯(cuò)

4、誤；結(jié)構(gòu)剛度不足；構(gòu)造處理不當(dāng)；設(shè)計(jì)圖紙交代不清等。 施工階段，不加限制地堆放施工機(jī)具，材料； 不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，隨意翻身，起吊，運(yùn)輸，安裝；不按設(shè)計(jì)圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式；不對結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動(dòng)下的疲勞度驗(yàn)算等。 使用階段，超出設(shè)計(jì)載荷的重型車輛過橋； 受車輛，船舶的接觸，撞擊；發(fā)生大風(fēng)，大雪，地震，爆炸等。 1.2 次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有： 在設(shè)計(jì)外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)物的實(shí)際工作 狀態(tài)同常規(guī)計(jì)算引誘出入或計(jì)算不考慮，從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。例如兩鉸拱橋腳設(shè)計(jì)時(shí)常采用布置“X”型鋼筋，同時(shí)削減該處斷面尺寸的辦法設(shè)

5、計(jì)鉸，理論計(jì)算該處不會(huì)存在彎矩，但實(shí)際該鉸仍然能夠抗彎，以至出現(xiàn)裂縫而導(dǎo)致鋼筋銹蝕。 橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽，開洞，設(shè)置牛腿等， 在常規(guī)計(jì)算中難以用準(zhǔn)確的圖式進(jìn)行模擬計(jì)算，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置受力鋼筋。研究表明，受力構(gòu)件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。在長跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁中，經(jīng)常在跨內(nèi)根據(jù)截面內(nèi)力需要截?cái)噤撌?，設(shè)置錨頭，在錨固斷面附近經(jīng)常可以看到裂縫。因此，若處理不當(dāng)，在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處，受力鋼筋截?cái)嗵幦菀壮霈F(xiàn)裂縫。 實(shí)際工程中，次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見 原因。次應(yīng)力裂縫多屬張拉，劈裂，剪切性質(zhì)。次應(yīng)力裂縫也是由荷載引起，僅是按常規(guī)一般不計(jì)算，

6、但隨著現(xiàn)代計(jì)算手段的不斷完善，次應(yīng)力裂縫也是可以做到合理驗(yàn)算的。例如：現(xiàn)在對預(yù)應(yīng)力，徐變等產(chǎn)生的二次應(yīng)力，不少平面桿系有限元程序均正確計(jì)算，但在40年前卻比較困難。在設(shè)計(jì)上，應(yīng)注意避免結(jié)構(gòu)突變（或斷面突變），當(dāng)不能回避時(shí)，應(yīng)做局部處理，如轉(zhuǎn)角處做圓角，突變處做成漸變過渡，同時(shí)加強(qiáng)構(gòu)造配筋，轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋，對于較大孔洞有條件時(shí)可在周邊設(shè)置護(hù)邊角鋼。 荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。這 類裂縫多出現(xiàn)在受拉力區(qū)，受剪區(qū)或振動(dòng)嚴(yán)重部位，但必須指出，如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮或有沿受壓方向的短裂縫，往往是結(jié)構(gòu)達(dá)到承載力極限的標(biāo)志，是結(jié)構(gòu)破壞的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同受力方式，產(chǎn)

7、生的裂縫特征如下： 中心受拉。裂縫貫穿構(gòu)件橫截面，間距大體相 等，且垂直于受力方向。采用螺紋鋼筋時(shí)，裂縫之間出現(xiàn)位于鋼筋附近的次裂縫。 中心受壓。沿構(gòu)件出現(xiàn)平行于受力方向的短而 密的平行裂縫。 受彎。彎矩最大截面附近從受拉力區(qū)邊沿開始 出現(xiàn)與受拉方向垂直的裂縫，并逐漸向中和軸方向發(fā)展。采用螺紋鋼筋時(shí)，裂縫間可見較短的次裂縫。當(dāng)結(jié)構(gòu)配筋較少時(shí)，裂縫少而寬，結(jié)構(gòu)可能發(fā)生脆性破壞。 大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區(qū)配筋較少的 小偏心受壓構(gòu)件，類似于受彎構(gòu)件。 小偏心受壓。小偏心受壓和受拉力區(qū)配筋較多 的大偏心受壓構(gòu)件，類似于中心受壓構(gòu)件。 受剪。當(dāng)箍筋太密時(shí)發(fā)生斜壓破壞，沿梁端腹 部出現(xiàn)大于450方向

8、斜裂縫；當(dāng)箍筋適當(dāng)時(shí)發(fā)生剪壓破壞，沿梁端中下部出現(xiàn)約450方向相互平行的斜裂縫。 受扭。構(gòu)件一側(cè)腹部先出現(xiàn)多條450方向斜裂 縫，并向相鄰面以螺旋方向展開。 受沖切。沿柱頭板內(nèi)四側(cè)發(fā)生約450方向斜拉 裂，行成沖切面。 局部受壓。在局部受壓區(qū)出現(xiàn)與壓力方向大致 平行的多條短裂縫。 1.3 荷載裂縫的控制措施    在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)選擇合理模型，作業(yè)假設(shè)與實(shí)踐受力相結(jié)合，盡可能全的計(jì)列各種荷載的作用，內(nèi)力計(jì)算及配筋要采取至少兩種假設(shè)方案進(jìn)行校驗(yàn)，定出合理的結(jié)構(gòu)斷面，同時(shí)要多人驗(yàn)算，例行層層復(fù)檢制度，確保結(jié)構(gòu)斷面、配筋和剛度等能滿足安全使用條件。 &#

9、160;  施工圖中應(yīng)注明構(gòu)件上堆放材料、機(jī)具的重量，起吊位置，運(yùn)輸安裝注意要點(diǎn)，結(jié)構(gòu)施工順序以及受力模式簡圖，以指導(dǎo)施工，防止因施工不當(dāng)而引起裂縫。 2 溫度變化引起的裂縫 2.1溫度引起裂縫成因 混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部 溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出活載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別其他裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。引起溫變化主要因素有： 年溫差。一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導(dǎo)致橋梁的縱向位移

10、，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時(shí)才會(huì)引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋等。我國年溫差一般以一月和七月平均溫度作為變化幅度?？紤]到混凝土的蠕變特性，年溫度內(nèi)力計(jì)算時(shí)混凝土彈性模量應(yīng)考慮折減。 日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其他部位，溫度剃度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。日照和下述驟然降溫是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見原因。 驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度。日照和驟然降溫內(nèi)力計(jì)算時(shí)可采用設(shè)計(jì)規(guī)范或參考實(shí)橋資料進(jìn)行，混凝

11、土彈性模量不考慮折減。 水化熱。出現(xiàn)在施工過程中，大體積混凝土（厚度超過2.0米）澆注后由于水泥水化熱放熱，導(dǎo)致內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥單位用量，減少骨料入摸溫度，降低內(nèi)外溫差，并緩慢降溫，必要時(shí)可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部散熱，或采用薄層連續(xù)澆注以加快散熱。 蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)施工措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。 預(yù)制T梁之間橫擱板安裝時(shí)，支座預(yù)埋鋼板與調(diào)平鋼板焊接時(shí)，若焊接措施不當(dāng)，鐵件附近混凝土容易燒傷開裂。采用電熱張拉法張拉預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼材溫度可以升高至350，混凝土構(gòu)件也容易開

12、裂。試驗(yàn)研究表明，由火災(zāi)等原因引起高溫?zé)齻幕炷翉?qiáng)度隨溫度的升高而明顯降低，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力隨之下降，混凝土溫度達(dá)到300后抗拉強(qiáng)度下降50，抗壓強(qiáng)度下降60，光圓鋼筋與混凝土的粘結(jié)力下降80，由于受熱，混凝土體內(nèi)游離水大量蒸發(fā)也可產(chǎn)生急劇收縮。 2.2溫度控制及防止裂縫的措施 為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和 改善約束條件兩個(gè)方面著手。 控制溫度的措施如下： 采用改善骨料級(jí)配，用于硬性混凝土，摻混和 合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥量； 拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低 混凝土的澆筑溫度； 熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層 面散熱； 在混凝土中埋

13、設(shè)水管，通入冷水降溫； 規(guī)定合理的拆膜時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保 溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度； 施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁 結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施； 2.3改善約束條件的措施 合理地分縫分塊； 避免基礎(chǔ)過大起伏； 合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè) 面長期暴露；此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫只十分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。 在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆 筑的混凝土盡早拆膜。當(dāng)混凝土溫度高于

14、氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆膜時(shí)間，以免引起混凝土表面早期裂縫。新澆筑早期拆膜，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高，此時(shí)拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉力達(dá)到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海綿等，對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。 加筋對大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，因?yàn)榇篌w積混凝 土的含筋率極低。只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條

15、件下，鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的715倍，當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開裂時(shí)，鋼筋的應(yīng)力將不超過100200CM2.因?yàn)?，在混凝土中想要利用鋼筋來防止?xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難，但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時(shí)，對提高混凝土抗裂性的效果較好。混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面常常會(huì)發(fā)生細(xì)而淺的裂縫，其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性仍有一定影響。  &#

16、160; 為了保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑，筆者實(shí)踐中總結(jié)出其主要作用為：    混凝土中存在大量毛細(xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力，但會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低。這個(gè)表面張力理論早在六十年代就已被國際上所確認(rèn)。    水膠比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。    水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻

17、加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補(bǔ)充。    減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉變形。    提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力，提高的混凝土抗裂性能。    混凝土在收縮時(shí)受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)裂縫就會(huì)產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強(qiáng)度，大幅提高混凝土的抗裂性能。 摻加外加劑可使混凝土密實(shí)性好，可有效地提高混凝土的抗炭化性，減少炭化收縮。 摻減水防裂劑后混凝土?xí)r間適當(dāng)，在有

18、效防止水迅速水化放熱基礎(chǔ)上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。 摻外加劑混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，減少水分蒸發(fā)，減少干燥收縮。 許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，我們在工程實(shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對比和研究，比單純的靠改善外部條件，可能會(huì)更加簡捷、經(jīng)濟(jì)。 2.4 混凝土的早期養(yǎng)護(hù) 實(shí)踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。 從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā)，保溫應(yīng)達(dá)到下述要求： 防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。 防止混凝土超冷，應(yīng)該盡量設(shè)

19、法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度。 防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束?；炷恋脑缙陴B(yǎng)護(hù)，主要目的在于保持適宜的溫度條件，以達(dá)到兩個(gè)方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。 適宜的溫濕條件是相互關(guān)聯(lián)的?；炷恋谋卮胧┏３Ｒ灿斜氐男Ч?。 從理論上分析，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期，在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來

20、。 以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的初步探討，雖然學(xué)術(shù)界對于混凝土裂縫的成因和計(jì)算方法有不同的理論，但對于具體的預(yù)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多中預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全有避免的。 3 收縮引起的裂縫 3.1收縮引起的裂縫成因 在實(shí)際工程中，混凝土因收縮引起的裂縫是常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自身收縮和炭化收縮。 塑性收縮。發(fā)生在施工過程中、混凝土澆注后4-5小時(shí)左右，此時(shí)水泥水化反應(yīng)激烈，分子

21、鏈逐漸形成。出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土矢水收縮，同時(shí)骨料因自重下沉，因此混凝土尚未硬化，稱為縮性收縮?？s性收縮所產(chǎn)生原因量級(jí)很大，可達(dá)1左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻攔，便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)件豎向變截面處如T梁、箱梁腹板與頂板交接處，因硬化前沉實(shí)不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。為減少混凝土縮性收縮，施工時(shí)應(yīng)控制水灰比，避免過長時(shí)間的攪拌，下料不宜太快，振搗要密實(shí)，豎向變截面處宜分層澆注。 縮水收縮（干縮）。混凝土結(jié)硬以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮）。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表

22、面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，至使表面混凝土承受拉力，當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫?；炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大構(gòu)件（超過3%），鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯，混凝土表面容易出現(xiàn)詭裂裂紋。 自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過程中，水泥和水發(fā)生水化反應(yīng)，這種收縮與外界濕度無關(guān)，且可以是正的（即收縮，如普通硅酸鹽水泥混凝土），也可以是負(fù)的（即膨脹，如礦渣水泥混凝土與分煤灰水泥混凝土）。 炭化收縮。大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生，且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計(jì)算。 3.2

23、 控制收縮裂縫的措施 混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細(xì)，且縱橫交錯(cuò)，成詭裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。 水泥品種、標(biāo)號(hào)、及用量選用。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。另外水泥標(biāo)號(hào)越低、單位體積用量越大、模細(xì)度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時(shí)間越長。例如，為了提高混凝土的強(qiáng)度，施工時(shí)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。 骨料品種選用。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮率較低；而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小，含水量大收縮越大。 水膠比選用。用水

24、量越大，水膠比越高，混凝土收縮越大。 外加劑選用。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。 養(yǎng)護(hù)方法選擇。良好的養(yǎng)護(hù)可加速混凝土的水化反應(yīng)，獲得較高的混凝土強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時(shí)保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長，則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護(hù)方式比自然養(yǎng)護(hù)方式混凝土收縮越小。 外界環(huán)境。大氣中濕度小、空氣干燥、濕度高、風(fēng)速大，則混凝土水分蒸發(fā)快，混凝土收縮越快。 振搗方式及時(shí)間。機(jī)械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮要小。振搗時(shí)間應(yīng)根據(jù)機(jī)械性能決定，一般以5-15/次為宜，時(shí)間太短，振搗不密實(shí)，形成混凝土強(qiáng)度不足或不均勻；時(shí)間太長，造成分層，粗骨料沉入底層，細(xì)骨料留在上層，強(qiáng)度不均勻，上層易發(fā)生收縮裂縫。 對

25、于溫度和收縮引起的裂縫，增配構(gòu)造鋼筋可明顯提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁結(jié)構(gòu)（壁厚20-60）。構(gòu)造上配筋優(yōu)先采用小直徑鋼筋（8-14）小間距布置（10-15），全截面構(gòu)造配筋率不宜低于0.3%，一般可采用0.%-0.5%。 4 地基礎(chǔ)變形引起的裂縫 4.1地基變形引起裂縫成因 由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂?；A(chǔ)不均勻沉降的主要原因有： 地質(zhì)勘察精度不夠、實(shí)驗(yàn)資料不準(zhǔn)。在沒有充分掌握地質(zhì)情況就設(shè)計(jì)、施工，這是造成地基不均勻沉降的主要原因。比如丘陵區(qū)或山嶺區(qū)橋梁，勘察時(shí)鉆孔間距太遠(yuǎn)，而地基巖面起伏大，勘察報(bào)告不能充分反映實(shí)際地質(zhì)

26、情況。 地基地質(zhì)差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁，河溝處的地質(zhì)和山坡處變化較大，河溝中甚至存在軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。 結(jié)構(gòu)荷載差異太大。在地質(zhì)情況比較一致條件下，各部分基礎(chǔ)荷載差異太大時(shí)，有可能引起不均勻沉降，例如高填土箱涵形涵洞中部比兩邊的荷載要大，中部的沉降就要比兩邊大，箱涵可能開裂。 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。同一聯(lián)橋梁中，混合使用不同基礎(chǔ)如擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，或同時(shí)采用樁基礎(chǔ)但樁徑或樁長差別大時(shí)，或同時(shí)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)但基底標(biāo)高差異大時(shí)，也可能引起地基不均勻沉降。 分期建造的基礎(chǔ)。在原有橋梁基礎(chǔ)附近新建橋梁時(shí)，如分期修建的左右橋梁，新建橋梁荷載或基礎(chǔ)處理時(shí)引起地基土重新團(tuán)結(jié)，

27、均可能對原有橋梁基礎(chǔ)造成較大沉降。 地基東脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰凍膨脹；一旦溫度回升，凍土融化，地基下沉。因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。 橋梁基礎(chǔ)置于滑坡體、溶洞或活動(dòng)斷層等不良地質(zhì)時(shí)，可能造成不均勻沉降。 橋梁建成以后，原有地基條件變化。大多數(shù)天然地基和人工地基浸水后，尤其是素填土、黃土、膨脹土等特殊地基土，土體強(qiáng)度遇水下降，壓縮變形加大。在軟土地基中，因人工抽水或干旱季節(jié)導(dǎo)致地下水位下降，地基土層重新固結(jié)下沉，同時(shí)對基礎(chǔ)的上浮力減小，負(fù)摩阻力增加，基礎(chǔ)受荷加大。有些橋梁基礎(chǔ)埋置過淺，受洪水沖刷、掏挖，基礎(chǔ)可能位移。地面荷載條件的變化，如橋梁附近因塌方、山體滑

28、坡等原因堆置大量廢方、砂石等，橋址范圍土層可能收縮再次變形。因此，使用期間原有地基條件變化均可能造成不均勻沉降。 對于拱橋等產(chǎn)生水平推力的結(jié)構(gòu)物，對地質(zhì)情況掌握不夠，設(shè)計(jì)不合理和施工時(shí)破壞了原有地質(zhì)條件是產(chǎn)生水平位移裂縫的主要原因。 4.2 防止地基變形引起裂縫的措施 在設(shè)計(jì)階段,增加地質(zhì)勘探的精度,深度和密度,使勘測報(bào)告反映真實(shí)。地層變化較大時(shí)，設(shè)計(jì)盡量采用樁基礎(chǔ)，整體一座橋盡量采取相同的樁徑和樁的受力種類，樁長在地質(zhì)偏差不大時(shí)，樁長不宜偏差太大。明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)應(yīng)按受力荷載不同分塊，其截面和深度應(yīng)詳細(xì)檢算確定，保證沉降不均勻，并保證地基不凍脹。 在施工階段，基底土質(zhì)應(yīng)做試驗(yàn)確認(rèn)和設(shè)計(jì)勘探一致，

29、基底土不能撓動(dòng)后在回填，并及時(shí)完成基礎(chǔ)施工，不能讓基底長時(shí)間外露或浸水，更不能受凍脹。 5 鋼筋銹蝕引起的裂縫 5.1 鋼筋銹蝕引起的裂縫成因 由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中氯離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約24倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂，剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形

30、式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。 5.2 防止鋼筋銹蝕引起的裂縫措施 要防止鋼筋銹蝕，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度，采用足夠的保護(hù)層厚度（當(dāng)然保護(hù)層亦不能太厚，否則構(gòu)件有效高度減小，受力時(shí)將加大裂縫寬度）；施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強(qiáng)振搗，保證混凝土的密實(shí)性，防止氧氣侵入，同時(shí)嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其他存在腐蝕性強(qiáng)的空氣，地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。 6 凍脹引起的裂縫 6.1 凍脹引起的裂縫成因 大氣氣溫低于零度時(shí)，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹力；同時(shí)混凝土凝膠孔中的過冷水（結(jié)冰溫度78度以下）在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引

31、起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大 ，混凝土強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時(shí)受凍最嚴(yán)重，成齡后混凝土強(qiáng)度損失可達(dá)30%50%。冬季施工時(shí)對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。 6.2 防止凍脹引起的裂縫措施 控制混凝土中骨料空隙多，降低吸水性；降低骨料中含泥土等雜質(zhì)；選用較小混凝土水膠比，增強(qiáng)振搗密實(shí)度；加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)使混凝土早期不受受凍等。冬季施工時(shí)，采用電氣加熱法，暖棚法，地下蓄熱法，蒸汽加熱法養(yǎng)護(hù)以及在混凝土拌和水中摻入防凍劑（但氯鹽不宜使用），可保證混凝土在低溫或負(fù)溫條件下硬化。 7 施工材料質(zhì)量引起的裂縫 7.1施工材料質(zhì)量引起的裂縫成因 混凝土主要由水

32、泥，砂，骨料，拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。 7.2防止施工材料質(zhì)量引起的裂縫措施 水泥: 慎用早強(qiáng)水泥，混凝土早期強(qiáng)度越高，對混凝土長期性能越不利，在早期也越易開裂。 水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣量超標(biāo)。氧化鈣在凝結(jié)過程中水化很慢，在水泥混凝土結(jié)后仍然繼續(xù)起水化作用，可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強(qiáng)度下降。 水泥出廠時(shí)強(qiáng)度不足，水泥受潮或過期，可能使混凝土強(qiáng)度不足，從而導(dǎo)致混凝土開裂。 當(dāng)水泥含堿量較高時(shí),混凝土的開列傾向加大，工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在有的露天混凝土開列板中，盡管有活性骨料且水泥具有高含堿量，但開列裂處卻沒有堿-骨料反應(yīng)物，混凝

33、土也沒有膨脹，說明種開裂首先是由于水泥的高含堿量所引起的收縮，為防止堿促進(jìn)混凝土的開裂，水泥中的堿含量應(yīng)不超過0.6%Na2O當(dāng)量。 砂、 石骨料: 砂石的粒徑太小，級(jí)配不良，空隙率大，將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大，影響混凝土的強(qiáng)度，使混凝土收縮加大，如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂，后果更嚴(yán)重。砂石中云母的含量較高，將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力，降低混凝土強(qiáng)度。砂石中含泥量高，不僅將造成水泥和拌和用量加大，而且還降低混凝土強(qiáng)度和抗凍性，抗?jié)B性。砂石中有機(jī)質(zhì)和輕物質(zhì)過多，將延緩水泥的硬化過程，降低混凝土強(qiáng)度，特別是早期強(qiáng)度。砂石中硫化物可與水泥中的鋁酸三鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，體積膨脹2.5倍。 堿骨料反應(yīng)。堿骨料

34、反應(yīng)有三種類型： 堿硅酸反應(yīng)。參與這種反映的骨料有流紋巖，安山巖，蛋白巖，黑硅巖，燧巖，鱗石巖，玻璃質(zhì)火山巖，玉髓及微晶或變質(zhì)石英等。反映發(fā)生于堿與微晶氧化硅之間，其生成硅膠體遇水膨脹，在混凝土中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，可導(dǎo)致混凝土突然爆裂。這類反應(yīng)是堿骨料反應(yīng)的主要形式。 堿硅酸鹽反應(yīng)。參與這種反應(yīng)的骨料有粘土質(zhì)巖石，千枚巖，硬砂巖，粉砂巖等。此類反應(yīng)的特點(diǎn)是膨脹速度非常緩慢，混凝土從膨脹到開裂，能滲出的凝膠很少。 堿碳酸巖反應(yīng)。多數(shù)碳酸巖沒有堿活性，有特定結(jié)構(gòu)的泥質(zhì)細(xì)砂白云質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)細(xì)砂灰質(zhì)白云巖才具有與堿反應(yīng)的堿活性，且還須高堿度，一定濕度環(huán)境下才能反應(yīng)膨脹。 堿骨料反應(yīng)裂縫的形狀及分布與鋼

35、筋限制有關(guān)，當(dāng)限制力小時(shí)，常出現(xiàn)地圖狀裂縫，并且在縫中有白色或透明的浸出物；當(dāng)限制力強(qiáng)時(shí)則出現(xiàn)順筋裂縫。在工程實(shí)踐中必須對骨料進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)，采用對工程無害的材料，同時(shí)使用含堿量低的水泥品種。 拌和水及外加劑 拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時(shí)對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿化物泉水拌制混凝土，或采用含堿的外加劑，可能對堿骨料反應(yīng)有影響。 8 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫 8.1施工工藝質(zhì)量引起的裂縫成因 在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑，構(gòu)件制作，起模，運(yùn)輸，堆放，拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理，施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的，橫向的，斜向的，豎向的，水平的，表面的，深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫，特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向，裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，比較典型常見的有： 混凝土保護(hù)層過厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。 混凝土振搗不密實(shí)，不均勻，出現(xiàn)蜂窩，麻面，空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點(diǎn)。 混凝土澆筑過快，混凝土流動(dòng)性較低，在硬化前因混凝土沉實(shí)不