混凝土桥梁裂缝的成因分析及处理方法.doc

混凝土桥梁裂缝的成因分析及处理方法段向胜 陶里 胡攀高（中国建筑科学研究院，中铁建厂局）摘 要分析了桥梁结构混凝土裂缝产生的原因及常规处理程序，并就裂缝灌浆施工方法作了详细的介绍，并给出了裂缝灌浆评价方法。关键词裂缝 裂缝灌浆 裂缝灌浆评价方法The Cause and Repair Measure of Concrete Bridge CrackDuan xiangsheng ,Tao li ,Hu pangao(China Academy of Building Research, The Building Bureau of China Railway )Abstract: The cause and repair measure of concrete bridge crack are analyzed, and then, the process of crack welding and evaluating method are detailedly introduced in this article.Key words: Crack Crack welding Evaluating method1桥梁结构混凝土裂缝成因分析及常规处理程序裂缝是混凝土结构最常见的病害，公路工程也是如此。混凝土结构裂缝的成因复杂、繁多，有时多种因素互相影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素。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：一是荷载引起的裂缝。混凝土桥梁在静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，主要有直接裂缝、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；次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。二是温度变化引起的裂缝。桥梁上能够观察到的严重裂缝损害,很多都是由于温度引起的内应力和约束应力所造成的。温度裂缝是粗裂缝产生的重要原因,一般出现在配筋薄弱之处。由温度引起的内应力及约束应力的大小与温差有关,特别是与昼夜间的变化关系最大,当然温度变化的速度(例如,冷却的速度)也是关键,桥梁上严重损害的裂缝往往发生在气候条件最差的时候。温度应力也与桥梁所处的地理位置有关,处于比较稳定的海洋性气候中的桥梁要比处于大陆性气候中的桥梁有利一些;在城市内的桥梁要比跨河的或山区的桥梁有利。另外,桥梁结构中的温度应力与太阳照射及照射面的颜色均有很大关系。作者简介段向胜（1974-），男，安徽人，中国建筑科学研究院博士，北京市北三环东路30号国家建筑工程质量监督检验中心，100013，电话2794三是收缩引起的裂缝。混凝土在凝结硬化过程中产生体积变化(多指收缩),当混凝土产生收缩而结构又受约束时,就可能会产生收缩裂缝。与温度应力相比,收缩裂缝仅起到次要作用。收缩引起的应力一般只相当于温度引起应力的10%30%。根据裂缝产生机理的不同,收缩裂缝又可分为化学收缩、干燥收缩、塑性收缩、自收缩、碳化收缩裂缝等。四混凝土沉缩裂缝。混凝土因流动性不好或捣实欠佳,或在混凝土硬化前有沉缩或沉缩不足就会发生裂缝。通常此类裂缝在混凝土尚处于塑性阶段(浇注后13),沿梁上面或板上面钢筋的位置发生,裂缝呈梭形,深度通常达到钢筋面。有些学者将此类裂缝也称为塑性裂缝。五地基变形引起的裂缝。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；结构基础类型差别太大；地在冻胀；桥梁基础基于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。六是钢筋锈蚀引起的裂缝。由于混凝土质量较差或保护层厚度不足,二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面,使钢筋周围混凝土碱度降低,或由于氯化物浸入,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24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、剥落,沿钢筋纵向产生裂缝,并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀,使钢筋有效断面积减小,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。七是冻胀引起的裂缝。大气温度低于零度时,吸水饱和的混凝土出现冰冻,游离的水变成冰,体积膨胀9%,因而混凝土产生膨胀应力;同时混凝土胶孔中的过冷水(结冰温度在-78以下)在微观结构中迁移和重分布引起渗透压,使混凝土强度降低,并导致裂缝出现。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,水灰比偏大、振捣不密实,养护不力使混凝土早期受冻等,均可导致混凝土产生冻胀裂缝。八是施工材料质量引起的裂缝。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。九是施工工艺质量引起的裂缝。在混凝土结构浇筑、构件制作、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，容易产生纵向的、横向等各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。十是混凝土碱骨料反应（AAR）引起的裂缝。混凝土中的碱性物质同骨料中活性硅成分之间的反应就是碱骨料反应，这种反应是有害的，会使混凝土结构出现膨胀裂缝。发生碱骨料反应有两个必要条件，即骨料具有一定的碱活性和适宜的环境（潮湿、浸水）。碱骨料反应在骨料周围和混凝土缝隙中有硅酸碱胶滞体存在或挤出，在显微镜下观察，骨料颗粒周围出现反应环，砂浆或混凝土表面出现网状微裂缝，水泥浆出现碳化现象。十一是预应力张拉时引起的裂缝。在预应力梁端部，当进行预应力张拉时，梁端部受力状态非常复杂，目前预应力梁端部的非预应力配筋均为构造配筋，不能有效抑制预应力筋张拉时产生于梁端的诸多不利应力，往往使梁端产生裂缝。对于出现裂缝的桥梁构件，先要通过科学检测手段，取得现场数据，鉴别裂缝属于何种性质，是否对结构产生危害，然后对症下药，确定是修复，还是补强加固或是先修复再加固。检测内容包括：进行混凝土裂缝的检测、鉴定，包括裂缝出现的位置、形态、宽度、裂缝深度的检测，以判断裂缝的性质及危害性；混凝土强度检测与判定；混凝土中钢筋检测，确定其位置、根数和锈蚀程度；检测混凝土的碳化程度及面碳化深度；根据检测鉴定结构的安全及耐久性。根据检测结果提出科学的处理方案。虽然各国的规范明确规定允许混凝土构件在开裂的状态下工作并对裂缝隙的宽度作了限制。但由于桥梁结构处于交通流量大，重载车辆多的特殊环境中，在荷载反复作用，气温、干湿度的反复变化中，就会使上述原因产生的裂缝扩展、加宽、密度增加，所以对公路桥梁的裂缝应持慎重态度，对裂缝的鉴别应从结构安全度、耐久性、建筑功能等方面考虑处理方法。2桥梁裂缝常规处理方法对桥梁结构的裂缝经以上内容的判别可采取不同的处理方法，一是表面处理法：包括表面涂抹和表面贴补法，表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的裂缝，不伸缩的裂缝以及不在活动的裂缝。表面贴寂（木工膜或其它防水片）法适用于大面积漏水（蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝）的防渗堵漏。二是填充法：用修补材料直接填充裂缝，一般用来修补较宽的裂缝（0.3mm）,作业简单,费用低。宽度小于0.3mm，深度较浅的裂缝、以及小规模裂缝的简易处理可采用取开V型槽，然后作填充处理。三是灌浆法：此法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好。四是结构补强法：因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成裂缝等影响结构强度可采取结构补强法、锚固补强法、预应力法等。下面重点介绍灌浆法施工工序流程。3灌浆法施工工序流程1）注胶器介绍图1 凯威丁可调压注胶器组装图目前，市面上使用的注胶器大体分为两类，一类是电动或是带气泵的，这类注胶器构造复杂，价格昂贵，而且现场操作较为烦琐，给现场施工人员带来不便；另一类是利用弹簧或橡胶的自身弹性回复力，利用低压低速灌注原理，对裂缝进行注胶修复，这类注胶器的缺点是随着弹簧或橡胶自身弹性回复力的放张，作用于封缝胶上的压力会逐渐降低或消失，不能保证恒定的注胶压力，达不到理想的注胶效果，而且由于作用于胶体上的压力消失，也导致了注胶器内封缝胶不能够全部注出，造成浪费。图1为中国建筑科学研究院研制的凯威丁（KVT）可调压注胶器组装图，该注胶器的注胶筒的后部设置成内螺纹结构，弹簧压力减少到设定值之后，可以通过后拉杆旋动注胶筒的后盖，随着后盖在注胶筒中向前移动，弹簧压缩量会增加，使作用于封缝胶上的压力始终大于设定值，一般不低于0.1MPa。注胶器采用活塞式结构，这样能够保证注胶筒内的胶液全部注入裂缝中，避免浪费。可以通过调整注胶筒后盖位置，保证封缝胶上的压力始终大于设定的值，使封缝胶充分注入裂缝中。2）工序流程采用凯威丁可调压注胶器进行裂缝压力灌胶施工，基本工序如下：布孔钻孔裂缝清理粘贴注浆咀和封闭裂缝试漏配制注浆液压力注浆清理表面。 图1化学灌缝施工工艺流程3）设计布孔按包围布孔的原则，缝面周边打斜交孔，其它部位打直交孔。孔距80cm。顶面侧面多一些，下底部孔数则可少布。4）钻孔选用合适电锤，钻孔直径68mm，深度斜交孔为5cm10cm。直交孔为5cm一10cm，均穿过缝面。孔位可以根据实际情况调整。5）风吹清孔 用高压气泵把裂缝及孔内灰尘吹出。缝中如被泥土粉尘堵塞，可用钢丝刷清理。沿裂缝两边约5cm的混凝土表面要用湿布擦去尘土，但要注意缝中不得进水。6）粘贴注浆咀和封闭裂缝：采用封缝胶将KVT底座骑缝粘贴在裂缝上，要求底座注浆咀对准裂缝，底座要求粘贴牢靠，不漏胶。底座的间距与裂缝宽度有关，其间距参考表1。注 浆 咀 间 距 参 考 表 表1裂缝宽度(mm)0.50.5113注浆咀间距(cm)102020303040407）试漏：试漏要逐条裂缝进行。每条连通的裂缝，先将注浆咀用堵头堵上，留一个咀用KVT可调压注胶器压气，在封闭的裂缝上涂肥皂水进行试漏。8）配制注浆液：注浆操作一般在粘咀的第二天进行，气温在20以上时，半天时间就可注浆。注浆前先配注浆液，在塑料杯中分别倒入注缝胶甲液和乙液，按重量比甲液:乙液4:1混合均匀备用。9）灌浆 a先灌斜交骑缝孔，后灌直交穿缝孔。先下部，后上部。以便浆液充分充填所有空隙。 b灌浆压力应逐步升压，终止压力O2MPa左右。 c灌浆工程中发现其他孔有出浆现象，应立即关闭被串孔。被串孔不再灌浆。 d当某孔吃浆量变为零时应保持O2Mpa左右压力继续进浆稳压2分钟。 e灌浆结束后，立即塞上堵塞，防止回浆。9）检查：注缝胶的强度发展与环境温度有很大关系，一般情况（2025）1天后开始固化。10）一般说来，由于灌缝胶良好的可灌性，在稳压O2MPa而吃浆量几乎为零的情况下，浆液已完全可保证将缝隙充填饱满并开始进入混凝土本体。为保证化灌质量，应留取试样进行力学性能试验。并在灌浆全部结束后另择可能存在缝隙的结合面补孔压降检查。4灌浆效果评价1）根据现场灌浆量进行评价。密实度好的混凝土，裂缝宽度较小（小于0.2mm）裂缝没有裂透，吃胶量较小。反之，混凝土密实度不好，裂缝较宽（大于0.2mm），而且裂缝已经裂透，吃胶量则大，现场每只注胶枪的下胶量应进行记录。2）根据裂缝可灌性进行评价。通过实验和现场施工灌浆压力在50Mpa。另外，可以用灌缝胶浆液作C30级水泥砂浆试件的粘结实验，完全固化后，机械破碎之，均未从粘结面剥离。4）灌胶工作后，选择原开度较大的结合缝面凿槽检查，检查缝隙内是否充填灌缝浆液完成全部化学（黄色）。还可以在仍存在缝隙的边角区补钻了注胶孔，对压浆孔作二次压浆检查，看吃浆量是否为零，或者进行压水试验及压气试验等。5）有争议工程可以采用取芯辟裂检查。 参考文献：1 王铁梦，工程结构裂缝控制，中国建工出版社1997年.2国家自然科学基金课题报告，建筑工程裂缝机理与防治指南，2003年.3 孟表柱，钢筋混凝土桥梁裂缝类型及分析2002年9月，第9期.As of Microsoft Internet Explorer 4.0, you can applmultimedia-style effects to your Web pages using visual filters and transitions. You can apply visual filters and transitions to standard HTML controls, such as text containers, images, and other windowless objects. Transitions are time-varying filters that create a transition from one visual state to another. By combining filters and transitions with basic scripting, you can create visually engaging and interactive documents.Internet Explorer 5.5 and later supports a rich variety of optimized filters. Click the following button to see a demonstration of many of these filters and how to usetheProcedural surfaces are colored surfaces that display between the content of an object and the objects background. Procedural surfaces define each pixels RGB color and alpha values dynamically. Only the procedure used