维普资讯 http://www.cqvip.com 总第２２０期 交通科技 Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２２Ｏ ２００７年第１期 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２００７ 桥梁工程中混凝土板梁裂缝的预防和处治 成 文 薛永森 张小飞 （１．南京市路桥工程总公司 南京 ２１００００；２．南京市六合区交通局 南京 ２ｌｌ５００） 摘要近年来．钢筋混凝土板梁桥由于结构简明、施工方便、造价低廉等优点．在农村公路危桥 改造工程中被广泛使用，但桥梁中的混凝土板梁出现裂缝是一个普遍存在而又难于解决的实际问 题。文中对桥梁工程中钢筋混凝土板梁常见的一些裂缝进行了探讨．并针对具体情况提出了一些 预防和处治措施。 关键词 钢筋混凝土板梁裂缝预防处治 钢筋混凝土板梁除了达到承载力极限状态可 混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，则 能发生破坏外，还可能由于裂缝和变形过大，超过 变形较大，内部湿度变化较小则变形较小，较大的 了允许限值，使桥梁结构不能正常使用Ｌ１］。混凝 表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉 土是以水泥为胶结材料，以砂石为集料，按一定配 应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩 合比加水搅拌、成型、养护而得到的复合材料，其 越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多为表面性 抗压性能优于抗拉性能。由于混凝土极限拉伸变 的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在０．０５～ 形很小，当受荷载作用或地基不均匀沉降，混凝土 ０．２０ ｍｍ之间，板梁混凝土顶面部位多见，较薄的 收缩和温度变化以及钢筋锈蚀体积膨胀时，混凝 梁板中多沿其短边方向分布。其特点是大部分属 土中便产生拉应力，拉应力超过其极限抗拉强度 表面裂纹，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状， 时即开裂。由于板梁裂缝的存在和发展通常会使 形状没有规律。干缩裂缝通常会影响混凝土的抗 内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低板梁的承载能 渗性，引起钢筋的锈蚀，影响混凝土的耐久性，在 力、耐久性及抗渗能力，从而影响了桥梁的外观和 桥面水压力的作用下会产生水力劈裂，影响梁板 使用寿命，严重者将会威胁到人、车安全。混凝土 混凝土的承载力等等。混凝土干缩主要和混凝土 裂缝产生的原因复杂，有结构设计不足、材料质量 的水灰比、水泥的成分和用量、集料的性质和用 缺陷、施工工艺、环境和作用等原因引起的裂缝， 量、外加剂的用量等有关。 本文主要讨论在工程中较常见的梁板裂缝预防和 塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失 处治方法。 水较快而产生的收缩。塑性收缩发生在施工过程 １ 混凝土板梁常见裂缝及预防 中混凝土浇筑后４～５ ｈ，此时水泥水化反应激 烈，出现泌水，混凝土失水收缩，同时骨料因自重 １．１收缩裂缝Ｌ２］及预防 下沉，此时混凝土尚未硬化，称塑性收缩。在骨料 混凝土因收缩引起的裂纹是最常见的。其 下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向 中缩水收缩（干缩）和塑性收缩是产生混凝土体积 的裂缝，在染竖向变截面处Ｔ梁、箱梁腹板与顶 变形的重要原因。 底板交接处，发生表面的顺腹板方向裂缝；塑性收 １．１．１收缩裂缝产生原因 缩裂缝一般还在干热或大风天气出现，裂缝多呈 干缩裂缝多出现在梁板混凝土养护结束后的 中间宽、两端细，且长短不一，互不连贯状态。较 一段时间或是混凝土浇筑完毕后的ｌ周左右。水 短的裂缝一般长２～３０ ｃｍ，较长的裂缝可达２～３ 泥浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不 ｍ，宽ｌ～５ ｍｍ。其产生的主要原因为：混凝土在 可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外 终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚 水分蒸发程度不同而导致不同的变形：一般来说， 刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响， 混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的 收稿日期：２００６—０８－２４ 负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的 维普资讯 http://www.cqvip.com 成 文等：桥梁工程中混凝土板梁裂缝的预防和处治 ２００７年第ｌ期 强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。 影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰 比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度 等等。 １．１．２主要预防措施 （１）选用收缩量较小、早期强度较高的硅酸 盐或普通硅酸盐水泥，或采用中低热水泥如普通 水泥，或采用高标号水泥来降低水泥的用量。 （２）严格控制水灰比，混凝土的干缩受水灰 比的影响较大，水灰比越大，干缩越大，因此在混 凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用， 同时掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度及和 易性，减少水泥及水的用量。 （３）严格控制混凝土搅拌和施工中的配合 比，混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所 给定的用水量，浇筑混凝土之前，将基层和模板浇 水均匀湿透，在高温和大风天气要设置遮阳和挡 风设施。 （４）加强混凝土的早期养护，及时覆盖塑料 薄膜或潮湿的草垫、麻片等，保持混凝土终凝前表 面湿润，或在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护， 冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间。 １．２温度裂缝及预防 １．２．１温度裂缝产生原因 温度裂缝多发生在混凝土表面或温差变化较 大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化 过程中，水泥水化产生大量的水化热，当水泥用量 在３５０～５００ ｋｇ／ｍ。，每立方米混凝土将释放出 １７．５～２７．５ ＭＪ的热量，从而使混凝土内部温度 升达７Ｏ℃左右，甚至更高。由于混凝土的体积较 大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发， 导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快， 这样就形成内外的较大温差，从而造成内部与外 部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定 的拉应力（实践证明当混凝土本身温差达到２５～ ２６℃时，混凝土内便会产生大致１０ ＭＰａ左右的 拉应力）。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限 时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在 混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变 化较大，或混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝 土表面温度急剧下降而产生收缩，表面收缩的混 凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力 而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅 的范围内产生。 温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结 构裂缝常纵横交错；梁板裂缝多平行于短边；深入 和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近 平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽 度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较 宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝 通常是中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不 太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混 凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗 能力等。 １．２．２主要预防措施 （１）尽量选用低热或中热水泥，如粉煤灰水 泥等。 （２）采用标号较高的水泥，减少水泥用量，将 水泥用量尽量控制在４５０ ｋｇ／ｍ 以下。 （３）掺加高效减水剂等来减少水泥用量，降 低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在０．５以下。 （４）改善骨料级配，选用吸水率较小、收缩性 较低的骨料品种，如石英、石灰岩、白云岩、花岗 岩、长石等，而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、 收缩性较高，另外骨料粒径越大收缩越小，含水量 越大收缩越大。 （５）改善混凝土的施工工艺，机械振捣方式 比手工捣固方式的混凝土收缩性要小，振捣时间 应根据机械性能决定，一般以５～１５ ｓ／次为宜，时 间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均 匀，时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料 留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。 （６）在混凝土中掺加一定量的具有减水、增 塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流 动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间。 （７）高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等 辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的 温度。 （８）水泥混凝土的温度应力与结构尺寸相 关，混凝土结构尺寸越大，温度应力越大，因此要 合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热， 减小约束。 （９）浇筑预制混凝土板梁前宜在预制梁基座 与硬化地面之间铺设５ ｍｍ左右的砂垫层或使用 沥青等材料涂刷。 （１０）加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时 用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适 当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却，在寒 冷季节，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮 袭击。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第１期 成 文等：桥梁工程中混凝土板梁裂缝的预防和处治 （１１）在可能条件下钢筋直径宜细不宜粗，尽 可能地使裂缝宽度减小而数量增多，使梁板裂缝 宽度控制在允许的范围之内。 １．３化学反应引起的裂缝及预防 １．３．１化学反应裂缝原因 碱骨料反应引起的裂缝和钢筋锈蚀引起的裂 缝是钢筋混凝土板梁中常见的由于化学反应而引 起的裂缝。混凝土拌和后会产生一些碱性离子， 这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周 围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀 开裂。这种裂缝一般出现在混凝土板梁结构使用 期间，一旦出现很难补救，因此应在施工中采取有 效措施进行预防。 １．３．２主要预防措施 （１）选用碱活性小的砂石骨料。 （２）选用低碱水泥和低碱或无碱的￣＇ｂＪＪｎ剂。 （３）选用合适的掺和料抑制碱骨料反应。由 于混凝土浇筑、振捣不良或钢筋保护层较薄，有害 物质进入混凝土使钢筋产生锈蚀，锈蚀的钢筋体 积膨胀，导致混凝土胀裂，此种类型的裂缝多为纵 向裂缝，沿钢筋的位置出现。 ２裂缝处治 裂缝的出现不但会影响板梁结构的整体性和 刚度，还会引起板梁钢筋的锈蚀、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 此要根据裂缝的性质和具体情况区别对待，并及 时处理，按《规范》 ］，钢筋混凝土构件Ｉ类和ｌＩ环 境的裂缝限值为ｏ．２ ｍｍ，采用钢丝或预应力混 凝土构件Ｉ类和ｌＩ类环境的裂缝限值为０．１ ｍｍ，若裂缝宽度大于允许值，则需要对裂缝进行 修补，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，混凝土置换法以及仿生自 愈合法。 ２．１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 面裂缝以及浅层裂缝的处理。通常的处理措施是 在裂缝的表面涂抹环氧水泥胶泥或在混凝土表面 涂刷水泥漆等防腐材料，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炭纤维布等措施。 ２．２灌浆、嵌缝封堵法 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。 ２．３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：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 等方法。 ２．４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。 ２．５仿生自愈合法 仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法，它 模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质， 而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土的传统 组分中加入某些特殊组分（如含粘结剂的液芯纤 维或胶囊），在混凝土内部形成智能型仿生自愈合 神经网络系统，当混凝土出现裂缝时分泌出部分 液芯纤维可使裂缝重新愈合。 ３ 结语 裂缝是桥梁？昆凝土结构中普遍存在的一种 现象，要求普通钢筋混凝土梁板构件不出现裂缝 是不经济的和没有必要的，对于钢筋混凝土桥梁 板允许带缝工作，但要根据裂缝对结构功能的影 响予以控制，因此要对桥梁混凝土裂缝进行认真 研究，重点在设计、施工中采取各种有效的预防措 施来预防裂缝的宽度过大，保证桥梁和梁板构件 安全、稳定地工作。 参考文献 ［１］天津大学土木工程系．二级注册结构工程师专业 考试复习教程［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社， ２００４． ［２］王国清．公路工程质量问题及防治措施［Ｍ］．北京： 人民交通出版社，２００２． ［３］ｊＴＧＤ６２—２００４公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 涵设计规范［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２０００．
