橋梁裂縫成因及修補方法綜述

橋梁結構物在長期運營過程中，不可避免地會產生某些損傷，裂縫是其普遍存在的一種。有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學因素作用下，不斷產生和發展，從而引起混凝土碳化、保護層剝落、鋼筋銹蝕，這是影響結構安全的關鍵，這樣會對混凝土的強度及結構物的耐久性產生很大危害，影響到結構的正常使用，嚴重的引起交通事故及縮短結構物的使用年限，必須加以控制。

混凝土因其取材廣泛，價格低廉，抗壓強度高，可澆筑成各種形狀，并且耐火性好，不易風化，養護費用低，成為當今世界建筑結構中較廣泛的使用材料之一。但大量的工程實踐和討論分析表明，鋼筋混凝土構件基本上都是帶裂縫工作，其中混凝土自身應力形成的、有荷載作用下形成的、也有其它因素如施工材料質量、基礎變形等因素形成的。

1荷載作用下產生的裂縫

鋼筋混凝土橋梁在常規靜、動設計荷載及設計荷載以外的荷載作用下產生的裂縫為荷載裂縫。按受力類型可分為直接應力裂縫和次應力裂縫，按裂縫形式可分為彎曲裂縫、剪切裂縫、斷開裂縫、扭曲裂縫等。直接應力裂縫主要是設計階段及施工、使用過程中產生的裂縫；次應力裂縫為在設計荷載以外的荷載產生的次應力而產生的裂縫。

彎曲裂縫為梁上作用彎矩時產生的裂縫。對受彎構件和壓彎構件來說，彎曲裂縫首先出現在彎矩較大的載面積的受拉區；剪切裂縫為斜裂縫，發生在剪應力較大的部位，對于受彎構件和壓彎構件，一般發生于支座附近，由下部開始，沿著與軸線成25°～50°左右的角度開裂；斷開裂縫為構件受拉時，進入整個截面的裂縫為斷開裂縫，均沿正截面開裂，間距有一定規律；扭曲裂縫為構件受扭轉與彎曲同時作用下而產生的開裂。

2混凝土自身因素形成的裂縫

2.1溫度變化引起的裂縫

當混凝土結構外部環境和內部溫度發生變化時，將發生變形，由于其約束，結構內部將產生應力，當應力過其抗壓強度時即將產生溫度裂縫，主要有如下幾種：年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸氣養護在冬季施工時措施不當產生的；混凝土驟冷驟熱，內外溫度不均勻產生的；新舊混凝土接頭處產生的；當構件較長且兩端固定時，由于周圍溫度變化產生的附加溫度應力產生的。

2.2收縮引起的裂縫

混凝土的干燥過程是由表面逐漸擴展到內部的，在混凝土內部呈現含水梯度，因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮，導致表面混凝土承受拉力，內部混凝土承受壓力。當表面的混凝土所受的拉力過其抗拉強度時，便產生收縮裂縫?；炷潦湛s主要有以下4種：

⑴塑性收縮：主要發生在混凝土澆筑初期。施工時，混凝土澆筑后約4～5h，此時水泥水化反應激烈，分子鏈逐漸形成，出現泌水和水分急劇蒸發，混凝土失水收縮，同時骨料因自重下沉，此時收縮為塑收縮。在骨料下沉過程中受到鋼筋阻擋，即形成沿鋼筋方向裂縫。

⑵干縮：混凝土結硬后，隨著表面水分逐步蒸發，溫度逐漸降低，混凝土體積縮小，稱為干縮。因混凝土表面水分損失快，內部損失慢，表面收縮受到內部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當表面混凝土承受拉力過其抗拉強度時，便產生收縮裂縫。

⑶自生收縮：自生收縮是混凝土在硬化過程中，水泥與水發生水化反應生成新的物質而導致自身體積縮小。

⑷碳化收縮：為大氣中的二氧化碳與水泥人水化物發生化學反應引起的收縮變形，碳化收縮不大，一般不進行計算。

3其它因素引起的開裂

3.1基礎變形引起的開裂

基礎變形一般為基礎空間不均勻沉降或水平方向位移，發生基礎變形后，結構物中產生附加壓力，過結構物的抗拉強度時即產生裂縫，基礎不均勻沉降的原因有，地質試驗資料不準、地質差異大、荷 載差別大、分期建造等。

3.2鋼筋銹蝕引起的裂縫

當構件中鋼筋的混凝土保護層不足,或混凝土質量較差時，二氧化碳侵蝕鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土的堿度降低，鋼筋表面容易被混凝土中的氧氣和水銹蝕，使周圍混凝土產生膨脹壓力，使混凝土保護層開裂、剝落，沿鋼筋縱向產生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使混凝土有效面積減少，鋼筋與混凝土的握裹力削弱，結構承載力下降，并誘發其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結構破壞，鋼筋銹蝕是最后造成結構破壞的主要因素。

3.3凍脹引起的裂縫

溫度**零度時，混凝土出同冰凍，游離的水變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產生膨脹應力，并導致裂縫出現。當混凝土中骨料空隙多、吸水性強、骨料中含有雜質過多、水灰比偏大均導致混凝土凍脹裂縫。溫度**零度和混凝土吸水飽和是發生凍脹破壞的必要條件。

3.4施工材料質量引起的裂縫

混凝土的材料合成為水泥、砂、骨料、拌合水以及外加劑，配制混凝土材料不合格，從而導致裂縫出現。使作不合格水泥出現早期不規則裂縫，砂石含量標使混凝土干燥時產生不規則的網狀裂縫，砂石的級配差常造成側面裂縫，拌合水以及外加劑中雜質含中過高會對鋼筋銹蝕產生影響等。當施工質量低，工藝不合格同樣也會產生各種形式裂縫。

4判斷裂縫依據

混凝土的裂縫狀態一般可從裂縫寬度，裂縫發展情況及變形等其它情況來綜合考慮，找出原因，做出準確評價及應有要用的措施。

《橋規》（JTJ023-85）規定：在一般正常大氣（不帶高濃侵蝕氣體）的條件下，鋼筋混凝土受彎構件在荷 載組合Ⅰ作用下，較大裂縫寬度不過0.2㎜；在荷載組合Ⅱ及荷載組合Ⅲ作用下，不應過0.25㎜。處于嚴重暴露情況下（有侵蝕氣體或海洋大氣）下的鋼筋混凝土構件，容許裂縫寬度不過0.1㎜。除此之外裂縫是否需要修補，還應考慮以下幾方面的因素：⑴對發展性的裂縫，一般來說應測定隨時間變化的情況，并以此作為判斷是否需要修補的參考資料，一般認為裂縫寬度在6個月期間增大0.1㎜以上時，就應首先考慮修補；⑵裂縫寬度雖未增大，但裂縫數量增多時；⑶裂縫在0.3㎜以上時；⑷裂縫寬度在0.2㎜左右，但認為對結構產生危險時。

5修補方法

5.1表面封閉修補法

表面封閉修補法，主要包括以下幾種：

⑴表面涂抹：地混凝土表面沿寬度較小的裂縫涂抹樹脂保護膜，在裂縫多切密集時可大面積涂抹保護膜。

⑵“V”形或“U”形槽口充填修補，在表面涂抹不能充分修補時，則采用在混凝土表面沿裂縫鑿出“V”形或“U”形槽口，然后用樹脂砂漿充填修補。

⑶表面噴漿：經鑿毛處理的裂縫表面，噴射一層密實而且強度高的水泥砂漿保護層來封閉裂縫的一種修補方法。

⑷打箍加固封閉法：箍筋設置方向應和裂縫方向垂直。

5.2灌漿法修補

灌漿一般采用純壓法灌漿，一般分為水泥和化學灌漿法。對于細小裂縫，由于漿液需要較長的膠凝時間，常采用單液法灌漿。對于較寬的裂縫，要求漿液凝結時間短，常采用雙液法灌漿。灌漿時將結構物裂縫或孔隙與外界封閉，僅留出進漿口和排氣孔，然后將漿液通過壓漿泵以一定的壓力將漿液壓入縫內并使其擴散，膠凝固化，以達到恢復整體性、強度、耐久性及抗滲性的目的。灌漿可采用單孔或群孔同時灌漿，但必須留有一定數量的排氣孔。灌漿完畢待液聚合固化后，即可將漿液嘴一一拆除，并用環氧膠泥抹平在裂縫表面刷1層環氧樹脂水泥漿，以確保封閉嚴密。

5.3粘貼法

粘貼法即采用化學粘結劑將補強材料直接貼于混凝土構件的裂縫位置上，使之與構件形成整體，以提高抵抗力。主要有粘貼鋼板和粘貼CFRP施工法。

粘鋼技術始于20世紀60年代未70年代初，鋼板厚度為4.5～6㎜，但隨著技術研究的不斷深入，粘鋼技術的一些不足逐漸暴露出來，鋼板容易受侵蝕，易剝落脫空。所以一種新纖維組合材料應運而生，它是以連續纖維浸漬在用于粘合纖維的聚合物中硬化而成的。目前我國主要用CFRP作為粘貼材料。CFRP片材（碳布）分為單向布和雙向布2種，其中應以單向布為主。粘貼CFRP技術優勢為高強高效，運輸、儲存、施工方便、快捷，而候性、耐腐蝕性**粘鋼。

6結語