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毕业论文浅谈混凝土桥梁裂缝产生的原因与处理措施

毕业论文

论文题目:

浅谈混凝土桥梁裂缝产生的原因与处理措施

内容摘要

混凝土的抗压强度高，但抗拉强度很低，在桥梁这样的大型建筑物中，混凝土产生裂缝是不可避免的。

裂缝是钢筋混凝土桥梁的重大病害之一，从桥梁的养护管理角度出发，必须认真分析其产生的原因，从设计、施工、养护各环节入手,尽量改善裂缝，减轻桥梁病害。

本文阐述了混凝土桥梁裂缝的种类，分析了混凝土桥梁裂缝的成因，提出了相应的措施，供大家参考。

关键词：

桥梁；裂缝；分类；成因；措施

内容摘要I…

引言1

1混凝土桥梁裂缝的分类及产生原因2

1.1荷载引起的裂缝2

1.2温度变化引起的裂缝2

1.3收缩裂缝3

1.4地基变形裂缝3

1.5钢筋锈蚀裂缝3

1.6冻胀裂缝4

1.7施工裂缝4

1.8施工工艺质量引起的裂缝4

2混凝土桥梁裂缝的控制措施6

2.1控制混凝土温度6

2.2增配构造钢筋6

2.3合理选择混凝土配合比6

2.4现场操作方面7

3混凝土桥梁裂缝的处理措施8

3.1表面处理法8

3.2灌浆、嵌逢封堵法8

3.3结构加固法8

3.4混凝土置换法8

结束语9

参考文献10

引言

混凝土最主要的缺点是抗拉强度差，容易开裂。

近年来，我国交通基础建设

得到迅猛发展，各地兴建了大量的混凝土桥梁。

但混凝土桥梁的开裂可以说是“常发病”和“多发病”，经常困扰着桥梁工程技术人员。

随着我国公路建设发展速度的加快，新建桥梁工程越来越多，在桥梁建造和使用过程中，因混凝土出现裂缝而影响工程质量甚至导致桥梁垮塌的事件屡见不鲜，可见在桥梁工程建设中对混凝土裂缝的防治和处理工作是何等重要！

如果在设计和施工中采取一定的措施，很多裂缝是可以克服和控制的。

为了加强对混凝土桥梁裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的裂缝，本文浅谈了混凝土桥梁裂缝的种类、产生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性办法，达到防范于未然的作用。

1混凝土桥梁裂缝的分类及产生原因

实际上，混凝土结构裂缝的成因复杂、繁多，有时多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。

混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：

1.1荷载引起的裂缝

混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有间接应力裂缝、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；次应力裂缝是指外荷载引起的次应力产生的裂缝。

混凝土桥梁的荷载裂缝特征依荷载不同而呈现不同特点，其分布规律是沿主拉应力方向开展，其走向与主拉应力方向垂直。

荷载裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。

如受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，即表明混凝土桥梁达到承载力极限，其原因多是截面尺寸偏小。

根据混凝土桥梁结构的不同受力方式，产生的裂缝特征主要有中心受拉、中心受压、受弯、大偏心受压、小偏心受压、受剪、受扭、受冲切和局部受压。

1.2温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。

在某些大跨径桥梁中，温度应力能够达到以至超出活载应力。

温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。

引起温度变化主要因素有：

年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当等。

大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水（结冰温度在-78度以下）在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。

尤其是混凝土初凝时受冻最严峻，成龄后混凝土强度丧失可达30%~50%冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。

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；混凝土水灰比偏大、振捣不密实；养护不力使混凝土早期受冻等，均可能导致混凝土冻胀裂缝。

冬季施工时，

采用电气加热法、暖棚法、地下蓄热法、蒸汽加热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂（但氯盐不宜使用），可保证混凝土在低温或负温条件下硬化。

1.3收缩裂缝

在混凝土桥梁工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。

在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩。

混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。

研究表明，影响混凝土桥梁收缩裂缝的主要因素有：

水泥品种、标号及用量、骨料品种、水灰比、外掺剂、养护方法、外界环境、振捣方式及时间。

1.4地基变形裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。

基础不均匀沉降的主要原因有：

地质勘察精度不够、试验资料不准、地基地质差异太大、结构荷载差异太大、结构基础类型差别大、分期建筑的基础、地基冻胀、桥梁基础置于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能形成不均匀沉降。

对于拱桥等产生水平推力的结构物，对地质情况掌握不够、设想不合理和施工时破坏了原有地质条件是产生水平位移裂缝的主要原因。

1.5钢筋锈蚀裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不够，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，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、剥离，沿钢筋擒向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。

由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，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。

要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度（当然保护层亦不能太厚，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，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，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重。

1.6冻胀裂缝

大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水因结冰使其体积增大9%，使混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水（结冰温度w一78cc）在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，导致裂缝出现。

尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%〜50%。

冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施，也可能发生混凝土沿管道方向的冻胀裂缝。

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；混凝土水灰比偏大、振捣不密实；养护不力使混凝土早期受冻等，均可能导致混凝土冻胀裂缝。

冬季施工时，采用电气加热法、暖棚法、地下蓄热法、蒸汽加热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂（但氯盐不宜使用），可保证混凝土在低温或负温条件下硬化1.7施工裂缝

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。

配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。

如水泥、砂、石骨料、以及拌和水及外加剂等。

1.8施工工艺质量引起的裂缝

在混凝土结构浇筑、构件制造、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生擒向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。

裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异，比较典型常见的有：

1、混

凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。

2、混凝土振捣不密

实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。

3、

混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不脚，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂缝。

4、混凝土搅拌、运输时

间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。

5、混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。

6、混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。

如混凝土分层浇筑时，后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑，引起层面之间的水平裂缝；采用

分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间粘结力小，或

后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引起裂缝。

7、混凝土早期受冻，使构

件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。

8施工质量控制差。

任

意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果形成混凝土强度不脚和其他性能（和易性、密实度）下降，导致结构开裂。

2混凝土桥梁裂缝的控制措施

2.1控制混凝土温度

⑴采用改善骨料级配同，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；

⑵拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；⑶热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；

⑷在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；

⑸规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；

⑹施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。

2.2增配构造钢筋

对于温度和收缩引起的裂缝，增配构造钢筋可明显提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁结构。

构造上配筋宜优先采用小直径钢筋（困-04）、小间距布置

（@10cm-@15）n全截面构造配筋率不宜低于0.3%,—般可采用0.3%-0.5%。

加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋率极低，只是对一般钢筋混凝土有影响。

但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。

而且如果钢筋和直径细而间距密时，对提高混凝土抗裂性的效果较好。

混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝，其中大多数属于干缩裂缝。

虽然这种裂缝一般都较浅，但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。

2.3合理选择混凝土配合比

在配制混凝土配合比时应考虑施工季节、结构形状、模板形式、混凝土强度等级等因素对桥梁结构抗裂性能的影响。

在施工中，施工单位往往只注重混凝土强度而忽视其变形特性和工作性，而混凝土变形特性和工作性恰好是混凝土产生裂缝的主要原因所在。

⑴根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强高的水泥。

⑵选用级配优良的砂、石原材料，含泥量应符合规范要求。

⑶积极采用掺合料和混凝土外加剂。

掺合料和外加剂目标已作为混凝土的第

五、六大组分，可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。

⑷正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法。

对膨胀剂应充分考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。

应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。

⑸配合比设计人员应深入施工现场，依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况，合理选择好混凝土的设计坍落度，针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比，协助现场搞好构件的养护工作。

2.4施工过程中的控制措施

混凝土施工中采取相应的措施，如降低混凝土的浇筑温度，无筋或少筋混凝土中埋放块石、混凝土早期升温阶段采取散热降温措施、混凝土降温阶段采取保温措施、合理设置施工缝、采取二次抹面、加强混凝土养护等措施；进行混凝土温度应力计算，对薄弱部位采取加强措施。

⑴浇捣现场工作：

浇捣棒要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。

⑵混凝土养护：

在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要。

以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩。

主要是控制好构件的湿润养护，对于大体积混凝土，有条件时宜采用蓄水或流水养护。

养护时间为1428d。

⑶混凝土的降温和保温工作：

对于厚大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。

采取必要的降温措施（埋设散热孔、通水排热等），避免水化热高峰

的集中出现、降低峰值。

浇捣成型后，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。

⑷避免在雨中或大风中浇灌混凝土。

⑸对于地下结构混凝土，尽早回填土，对减少裂缝有利。

⑹夏季应注意混凝土的浇灌温度，采用低温人模、低温养护，必要时经试验可采用冰块，以降低混凝土原材料的温度。

3混凝土桥梁裂缝的处理措施

裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。

因此根据裂缝的性质和具体情况我们要区别对待、及时处理，以保证建筑物的安全使用。

混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法：

表面修补法，灌浆、嵌逢封堵法，结构加固法，混凝土置换法，电化学防护法以及仿生自愈合法。

3.1表面修补法

表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。

通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

3.2灌浆、嵌逢封堵法

灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。

常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它

通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。

常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

3.3结构加固法

当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。

结构加固中常用的主要有以下几种方法：

加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。

3.4混凝土置换法

混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。

常用的置换材料有：

普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

结论

由上述可知，对于混凝土裂缝的控制是一个综合性的问题，一座桥梁从建成到使用，牵涉到设计、施工、监理、运营管理等各个方面，设计疏漏、施工低劣、监理不力，均可能使混凝土桥梁出现裂缝。

因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。

总之，要减少桥梁裂缝，首先应从设计入手，然后抓好施工中的每一道工序的质量，并对混凝土材料及外部环境多做调查、研究与实验，把裂缝的危害降低到最低程度。

参考文献

[1]高明昌•浅析混凝土桥梁裂缝产生的原因及预防措施[J]•山西建筑，2008,34（21）

317-317•

[2]王梦福.浅析混凝土桥梁裂缝的成因及解决办法J].建筑与工程.2007

[3]刘国平•有关钢筋混凝土桥梁裂缝的分析.2009

[4]邱宏逵.裂缝原因产生浅析[J].工程技术.2007