裂缝产生的原因
裂缝产生的原因
丁小倩
（运城高速公路有限责任公司养护分公司
山西运城 044000）
摘要：混凝土桥梁在施工过程中容易产生裂缝。混凝土结构产生裂缝的原因十分复杂，影响因素有荷载、温度应力、混凝土自身收缩等，有多种影响相互作用，系统分析了混凝土桥梁产生的原因。
关键词：混凝土 裂缝 收缩 温度
在桥梁建设和使用过程中，有关混凝土出现裂缝而影响工程质量的问题较为突出。混凝土桥梁开裂有许多中常见的病因因素，对高速公路的运营产生安全隐患。
混凝土桥梁在施工过程中容易产生裂缝。其影响因素有：荷载，温度应力，混凝土自身的收缩等。
根据裂缝产生的原因，混凝土桥梁裂缝的种类大致可划分以下几种。
1、荷载裂缝
混凝土桥梁在常见规静、动荷载及次应力会产生的裂缝称荷载裂缝，主要是有直接应力裂缝和次应力裂缝两种，而第二种是最常见的。
事实上，要避免结构突变（或断面突变），当不能回避时，表面应做局部处理，如转角做成圆角，突变做成渐变过渡，同时加强配筋，转角增配斜向钢筋，对于较大孔洞要在周边设置护边角钢。荷载裂缝依荷载不同而呈现不同的特征。在受剪区、受拉区或振动严重部位多出现大量裂缝。如受压区出现起皮或沿受压方向的短裂缝，往往是结构达到极限承载力的标志，结构破坏前兆，其原因是截面尺寸偏小。
2、收缩裂缝
收缩包括两方面：凝缩和干缩；凝缩是指混凝土凝固时，水分和水泥颗粒结合，体积变少。干缩是指水分蒸发使得体积变小。混凝土的干燥过程中是由表面逐步扩展到内部的，在混凝土内呈现含水梯度。这种含水梯度产生了不均匀收缩，造成表面混凝土承受拉力，而内部混凝土却承受压力。当表层混凝土所产生的拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土收缩包括四种类型中，自生收缩与炭化收缩，塑性收缩和缩水收缩（干缩），而后两种会发生混凝土体积变形。
（1）塑性收缩
施工过程中会产生塑性收缩，混凝土浇筑后4~5h左右，水泥发生激烈水化反应，分子链逐渐形成，出现沁水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨科因自重下沉，因此混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩产生的量级非常大，可至1%左右。在骨科下沉过程中，如果受到钢筋阻挡，就会形成沿钢筋方向的裂缝。为了减少混凝土塑性收缩，施工时控制水灰比，避免长时间的搅拌，下料速度不宜过快，振捣要密实，竖向变成截面的地方宜分层进行浇筑。
（2）收水收缩（干缩）
当混凝土结硬之后，表层水分会逐步蒸发，湿度也会逐步降低，混凝土体积也随之减小，称为收水收缩（干缩）。混凝土的表层水分损失速度快，而内部损失慢，这样就产生了表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，内部混凝土约束了表面的收缩变形，使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土所承受的拉力超过其抗拉强度时，就产生了收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要是缩水收缩。比如配筋率较大的构件（会超过3%），钢筋对混凝土收缩约束会比较明显，这样混凝土表面就容易出现龟裂裂纹。
（3）自身收缩
自身收缩是混凝土在硬化过程中，水泥和水发生了水化反应，这种收缩是与外界的湿度没有关系的。
（4）炭化收缩
大气中的二氧化碳与水
混凝土收缩裂缝具有几下的特点：裂缝在表面，且宽度较细，纵横交错，成龟裂状，形状没有规律。影响混凝土收缩裂缝的主要因素如下。
（1）水泥品种、强度等级及用量。矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高。水泥强度等级越低，单位体积用量大、磨细度大，混凝土收缩越大，会发生收缩时间越长。
（2）骨科品种。骨科中石英、石灰岩、花岗岩等吸水率较小、收缩性较低；砂岩、板岩、角闪岩等情况与之相反；骨科粒径大，收缩小，含水量越大，收缩越大。
（3）水灰比。用水量和水灰比越大，混凝土收缩就越大。
（4）外参剂。外参剂保水性越好，混凝土收缩越小。
（5）养护。混凝土养护的水化反应，混凝土强度较高，湿度越高，加上气温越低，时间越长，混凝土收缩就越小。
（6）振捣方式及时间。机械振捣方式比手工振捣方式混凝土收缩率要小。振捣时间太短、不密实、则形成混凝土强度不均匀、不密实；振捣时间太长，会造成分层，粗骨科料沉入底层，细骨的则留在上层，强度分布不均匀，上层就产生了收缩裂缝。
3、钢筋锈蚀裂缝
质量差得混凝土以及厚度不足的保护层都会影响混凝土结构的牢固性，二氧化碳会侵蚀保护层，炭化现象蔓延到钢筋表面，发生锈蚀，在此情况下，保护层混凝土会产生开裂或剥落现象，并沿钢筋纵向产生裂缝，而且锈迹会渗到混凝土的表面，锈蚀混凝土，是他的结构承载力下降，更有甚者，诱发其他形式的裂缝，从而导致钢筋的锈蚀加剧，破坏了结构。
为了预防避免钢筋锈蚀，必须依照规范要求严格控制裂缝宽度，同时采用足够的保护层厚度，施工时应控制混凝土的水灰化，加强振捣，以确保混凝土的密实性，并要防止氧气侵入，严格地控制含氯盐的外加剂用量。
4、温度裂缝
温度裂缝指混凝土受水泥水化放热、阳光照射等因素的影响，出现了冷热变化，此时就会发生收缩和膨胀，产生温度应力，温度应力超过混凝土抗拉强度时产生裂缝。由于水化热的作用，混凝土内部与外表面产生了相当大的温差，此时内部混凝土受到了压应力，而表面混凝土则受到了拉应力。由于混凝土抗拉强度远远小于抗压强度，表面拉应力可能先达到并超过混凝土抗拉强度，从而形成了间距基本相同的直线裂缝（又叫做温差裂缝）。在一些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出荷载应力。温度裂缝区别其他裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化的主要因素如下。
（1）年温差。一年当中四季温度变化相对缓慢，主要是影响桥梁结构的纵向位移，通常情况下可以通过桥面伸、支座位移或者设置柔性墩等相应的构造和措施进行协调，只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝，例如拱桥、刚架桥等。考虑到混凝土的蠕变特性，年温差内力计算时混凝土弹性模量应考虑折减。
(2)日照。桥面板、主梁或桥墩侧面经过太阳的曝晒后，温度明显高于其他部位，温度梯度呈现非线性分布。在自身的约束作用之下，局部拉应力较大，从而出现了裂缝。
(3)骤然降温。突降大雨、遇到冷空气侵袭或者日落等情况，会导致结构外表面温度突然下降，但内部的温度变化相对较慢，这样就产生了温度梯度。日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实桥资料进行，混凝土弹性模量不考虑折减。日照和骤然降温时导致结构温度裂缝的最常见原因。
(4)水热化。施工过程中，大体积混凝土（厚度超过
（5）蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当，造成混凝土内外温度不均，忽冷忽冷，此种情况也容易出现裂缝。
（6）预制T梁之间横隔板安装时，制作预埋钢板与调平钢板焊接时，焊接措施不当，混凝土容易烧伤开裂。试验表明，由火灾等原因引起高温烧伤的混凝土，其强度随温度的升高而明显降低，钢筋与混凝土的黏结力随之下降。由于受热，混凝土体内游离水大量蒸发也会产生急剧收缩。
