桥梁工程混凝土裂缝的种类及特征

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混凝土裂缝的种类及特征

产生混凝土裂缝的原因是多方面的，桥梁结构及构件所发生的裂缝也是形态各异的（后面将专题说明），但就一些具体裂缝而言，总有主导原因，一些裂缝，具有其独特特征。为便于分析、鉴别工程中发生的裂缝，我们可以根据裂缝产生的原因，将常见裂缝归纳为沉缩裂缝，干缩裂缝，化学作用裂缝，应力裂缝和施工因素裂缝六大类。混凝土硬结前，易产生的塑性沉降裂缝和塑性收缩裂缝。可统称为沉缩裂缝；混凝土硬结后。易产生塑性干缩裂缝（龟裂）和长期干缩裂缝，可统称为干缩裂缝；还易产生温度裂缝和化学作用裂缝；在混凝土硬结前后都可能产生的有应力裂缝和施工处理不当等因素的裂缝，可统称为结构性的裂缝。混凝土各类裂缝的特征及出现时间见表2-5-6。

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混凝土裂缝的防治

（一）沉缩裂缝

1．现象：混凝土浇注后1～3h内，随泌水而沉降或随混凝土甥性收缩产生的裂缝。沉降裂缝顺梁、板上表面主筋的方向开裂，裂缝最深达钢筋表面。塑性收缩裂缝在钢筋以上产生不规则斜裂缝。

2．危害：减小钢筋的混凝土保护层厚度，加速了钢筋的锈蚀。

3．原因分析：钢筋正上方与其周围发生不同的收缩下沉产生沉降裂缝，随混凝土原材料及配比不同，浇注高度及浇注速度不同而不同，浇注高越大，速度越快，沉陷越大；塑性收缩裂缝是混凝土由塑性变固体性化学反应所引起，水泥用量越大，水灰比越高，所产生的塑性收缩就越大。

4．预防措施：

（1）严格控制混凝土水灰比和加水量，不要采用过大的单方水泥用量。

（2）掺人减水剂和适量粉煤灰，以便减少沉降量和塑性收缩。

（3）在混凝土浇注1～2h后，对混凝土进行二次振捣，表面拍打、振密。箱梁及T梁应浇到翼板根部时停一段时间，待粱身混凝土泌水沉降完成后，再继续浇注翼板这层混凝土。

5．治理方法：出现沉缩裂缝立即抹平压实。

（二）塑性干燥及收缩裂缝（龟裂）

1．现象：混凝土浇注后约4h，裂缝出现在结构或构件表面，形状很不规则，长短不一。互不连贯，俗称为龟裂。

2．危害：浅层龟裂影响混凝土面的美观；深层龟裂减小钢筋的混凝土保护层厚，使钢筋易过早锈蚀。

3．原因分析：

（1）浇注后，混凝土表面没覆盖，水分蒸发快，体积急剧收缩，在干热及大风季节极易产生。

（2）水泥用量过大，砂粒径太细。

（3）混凝土水灰比过大，或模板没湿润。

4．预防措施：

（1）严格控制水灰比及水泥用量，选用较大砂率和级配良好石料。

（2）避免混凝土自身与外界温度相差过大，浇注后及时覆盖，潮湿养护。

（3）设置风挡；气温高，干燥或风速大的气候下施工，及早喷水养护。

（4）浇注前，将基层和模板充分浇水湿透。

5．治理方法：

（1）发现微细裂缝时，及时抹压一遍，再覆盖养护。

（2）裂缝已形成时，现浇结构表面抹一层薄砂浆封闭裂缝。保护钢筋：预制构件，可在裂缝表面，涂环氧胶泥或粘环氧玻璃布封闭处理。

（三）长期干缩裂缝

1．现象：表面性裂缝，宽度只有0.05～0.2mm，走向为纵横交错，没有规律性。整体现浇结构中，多半发生在结构变截面处，平面裂缝多半延伸到变截面部位或块体边缘。预制构件多产生在箍筋位置。

2．危害：较严重开裂时，影响混凝士面的外观质量，会引发混凝土面层剥落。

3．原因分析：

（1）混凝土成型后，养护不当，表面体积收缩大，受内部混凝土约束出现拉应力引起裂缝。

（2）采用含泥量大的细砂、粉砂浇注的混凝土。

（3）过振，表面形成水泥含量较多的砂浆层。

4．预防措施：

（1）水泥用量、水灰比、砂率不能过大采用；尽量减少混凝土单位用水量。

（2）板面混凝土在初凝后、终凝前，进行二次抹压，减小收缩量。

（3）掺用膨胀剂如钙矾石系膨胀剂（UEA），掺用优质粉煤灰。

（4）同第五节二、（二）“塑性干缩裂缝”预防措施（2）、（3），尤其注意早龄期（前4～7天）的合理养护。

5．治理方法：同第五节（二）“塑性干缩裂缝”的防治方法。

（四）温度裂缝

1．现象：

（1）表面温度裂缝走向无一定规律性：梁、板及长度尺寸较大结构，裂缝多平行于短边；大面积结构裂缝常纵横交错。

（2）温度深层裂缝和贯穿裂缝，一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿全长分段出现，中间较密；表面、深层、贯穿温度裂缝的宽度大小不一，一般在0.5mm以下，裂缝宽度沿全长没多大变化，但受温度变化影响显著，冬季较宽，夏季较细。

（3）多发生在施工期间，沿断面高度，裂缝大多呈上宽下窄状，个别有下宽上窄情况，如遇上下边缘配筋较多结构，也出现中间宽两端窄的形状。

2．危害：表面温度裂缝，因只在表层出现，所以仅影响混凝土的外观质量。严重时，产生表层剥落；深层和贯穿温度裂缝。由于深度大，或成贯穿状，将破坏结构的整体性，加速钢筋锈蚀，降低混凝土的抗冻性及耐久性。

3．原因分析：

（1）表面温度裂缝，多由于温差较大引起。如大体积混凝土，因硬化中，水泥放出大量水化热，造成其内外温差大；温度产生非均匀降温差时，如冬施中，过早除掉保温层，或受寒潮袭击，都导致混凝土表面急剧降温收缩，表面受内部混凝土的约束，将产生很大应力，使混凝土因早期强度低而产生裂缝。由于这种温差仅在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此裂缝只在表层出现，表层以下结构仍完整。

（2）深层和贯穿温度裂缝，多由于结构降温差值较大，受外界的约束而引起。如现浇桥台混凝土，挡墙混凝土或大体积刚性扩大基础，浇注在坚硬地基或承台上，未采取隔离等放松约束措施或收缩缝间距过大时，如果混凝土浇注时，温度很高，加上水泥水化热的温升很大，使温度更高，当混凝土冷却收缩，全部或部分地受到地基或其他外部结构的约束。将会在混凝土内部出现很大拉应力，产生降温收缩裂缝。这类裂缝常在浇注后2～3个月或更长时间出现，裂缝较深，有时成贯穿状。

（3）预制构件采用蒸汽养护时，由于温度降温制度控制不好，降温过快或构件急于出池。急速揭盖，均使混凝土表面剧烈降温，而受到胎模约束，导致构件表面出现裂缝。

4．预防措施：预防温度裂缝，可从控制温度，改进设计和施工操作工艺，改善混凝土性能，减少约束条件等方面入手。一般措施为：

（1）降低混凝土的浇注温度。如采用降低骨料的温度，或加冰水，或浇注安排在夜间最低温度时，或采取有效措施减小混凝土的温度回升，或用液态氮降低混凝土的温度等。

（2）降低水泥的水化热的温升。如选用低水化热的水泥。或减少水泥的用量，或掺人优质粉煤灰。

（3）加快浇注后混凝土的散热，如使用钢模板（结构较薄时），或分层浇注混凝土，每层厚度不大于30cm，以便于散热。并使温度分布均匀；或在大体积混凝土中，预埋或利用一些管，孔道如钢索的套管，通过冷水或冷风来降温。

（4）降低欲浇注混凝土结构或构筑物的外部约束。如减小浇注体长度或厚度，分块厚为1.5～2.0米，以减少约束作用，平面方向，每块截面积不小于50m2，块与块问竖向接缝面，应与截面积短边平行，垂直其长边。跳块浇注，上下邻层混凝土间竖向接缝，应错开位置做成企口，并按施工缝处理，以减少温度收缩应力；或减小约束体体积；或改善交界面状况，如顶进箱涵，底板与垫层间涂石蜡层，大体积桥台混凝土与垫层间，浇沥青胶。并铺5mm厚砂等做法。来改善交界面的状况。两层混凝土浇注间隔时间不得长于15d。

（5）加强浇注混凝士的表面保护。如浇注后，表面应及时用草帘、草袋、砂、锯末等覆盖，并洒水养护，或蓄水养护，夏天适当延长这一状态养护；寒冷季节，采取保温措施，保护混凝土表面，薄壁结构，要适当延长其拆模时间，使之缓慢降温。拆模时，混凝土中心与表面温差，不宜大于20C，以防急速降温。

（6）改善混凝土的性能。如尽量选用低热或中热水泥（如矿渣水泥、粉煤灰水泥），或选用合适骨料如石灰岩骨料及其级配良好，以便降低水化热。

（7）蒸汽养护构件时，严格控制升温速度不大于10～15 C／h，降温不大于15 C／h，并应适当冷养后吊运构件出池，以避免过大温度应力。

5．治理方法：

（1）对于一般结构的缝宽小于0.1mm裂缝，因可自行愈合，只采取封闭措施，即一般采用涂两遍环氧胶泥，贴环氧玻璃布，以及喷水泥砂浆等进行裂缝表面封闭。

（2）对于有防水要求的结构，缝宽大于0.1mm的深层及贯穿性裂缝，可根据裂缝的可灌程度采取灌浆方法进行裂缝修补。裂缝修补方法将在下面专题讨论。

（五）施工因素产生的裂缝

1．现象：

（1）U形桥台，翼墙与前墙连接处开裂，裂缝由上向下延伸，（见图2-5-4）；耳墙式桥台，在耳墙与雉墙连接处出现竖向裂缝，裂缝由下向上延伸（见图2-5-5）。

（2）桥墩墩身水平裂缝桥墩的钢筋混凝土墩身，尤其是高墩（约10～20米以上的墩），在桥墩墩身两侧面，出现水平状的裂纹，如图2-5-6所示。有时，水平裂纹可发展至四周贯通，当桥上活载通过时，可见裂缝有开、合现象。

（3）由于支架、拱架、模板发生不均匀沉陷，在现浇混凝土上产生的裂缝，多属于深层或贯穿的裂缝，裂缝延伸方向与沉陷情况有关。

（4）连续梁混凝土浇注顺序不当产生的裂缝。如三跨连续梁，在三日内顺序从中跨、左边跨、右边跨进行混凝土浇注，在最先浇注的中跨产生垂直主筋的横向裂缝。

（5）使用木模浇注的钢筋混凝土构件，预制构件脱模出现纵向、斜向裂缝。

（6）构件在堆放、运输中产生的裂缝。

2．危害：

（1）桥台、桥墩裂缝，破坏其整体性，危及桥跨结构的稳定与安全。

（2）结构及构件裂缝，轻者引起钢筋过早锈蚀，重者将降低其承载能力，甚至报废。

3．原因分析：

（1）耳墙式桥台裂缝，是因为在混凝土初凝期内，模板支撑发生下沉或晃动；或冬期施工中，耳墙间填筑非渗水性土壤，受冻发生冻胀产生耳墙与雉墙连接处竖裂；U形桥台，多因桥台翼墙间填土不实，含水量大，台后排水不良等原因，造成填土土侧压力加大或受冻膨胀，推挤翼墙，产生裂缝。

（2）桥墩，尤其高墩，由于浇注混凝土时，施工缝处理不好，该处混凝土抗拉强度低于设计要求，桥墩在活载作用下，边缘产生超过设计的拉应力造成水平裂缝。

（3）混凝土初凝后，模板变形，支撑下沉或晃动，就会在还未具有强度的混凝土中发生裂缝，造成构造缺陷。

（4）连续梁混凝土，由于模板和支架因施工过程中重量分布的变化发生挠度变化，造成最先浇注的混凝土发生裂缝形成构造缺陷。

（5）预制构件模板隔离剂失效，混凝土与模板粘连。起吊模板时构件受力不均或受扭，出现纵向斜向裂缝。

（6）构件堆放、运输时，支撑垫木不在一条竖直线上；或运输时构件悬挑过长；或吊点位置不对；或构件侧向刚度较差，吊装时未采取临时加固措施，造成混凝土开裂。

4．预防措施：

（1）要做好模板、支架、拱架各支撑处基础和地基的处理，确保其不发生沉降、移位等变形。

（2）耳墙式桥台、U形桥台。要控制其间填土的土质、含水量及密实度，做好桥台的防水及排水设施，防止填土过湿及受冻。

（3）桥墩混凝土浇筑中，要按要求及技术规程，对不可避免的施工缝，要清除待继续浇混凝土面的浮浆，用水冲洗后铺水泥浆在待浇面上，然后继续浇筑混凝土。在可能情况下，桥墩应一气浇完，不留施工缝。

（4）现浇混凝土支设模板要考虑避免混凝土偏压。必须保证模板要充分牢固。支架要处理好基础、支架压缩变形和挠度，支架接头和接触面压紧等因素，防止发生下沉、变形，要设置千斤顶和揣手楔来调整。

（5）预先设计好浇注顺序和分区，浇注时严格按顺序进行，并在混凝土中掺入缓凝剂，调整硬化开始时间。为防止发生裂缝，可最先浇注会产生最大挠度位置的混凝土，最后浇注容易发生裂缝的中间支点处的混凝土。

（6）预制构件模板应涂隔离剂并保持浇注前有效；构件起模前先用千斤均匀松动，然后再平稳脱模。

（7）构件堆放，按其受力特点设垫块，重叠堆放，垫块应在一条竖直线上，板、柱等正反相同的构件应做好标志，避免放反损坏；运输中，应在构件间设垫木并互相绑牢，防止晃、撞、颤。

（8）吊装时，按规定设吊点，对侧向刚度差的构件如预制预应力空心箱梁，要有横向加固设施，并设牵引绳，防止吊装中晃、撞。

5．治理方法：

（1）对结构承载力影响小的纵向裂缝，一般可用水泥砂浆或环氧胶泥进行修补。

（2）裂缝较宽时，应先沿缝凿成八字形凹槽，然后用水泥砂浆或环氧胶泥嵌补；裂缝较深时，可根据受力情况。采用灌化学浆液，包钢丝网水泥等法处理。

（3）由运输、堆放、吊装等原因引起较细的表面横裂缝，可先将裂缝处清洗干净，待干燥后用环氧胶泥涂刷或粘环氧玻璃布封闭；构件边角纵向裂缝处松散混凝土应剔除，然后用水泥砂浆或豆石混凝土修补。

（4）裂缝贯穿整个截面的构件报废处理，不得使用。