桥梁墩身混凝土裂纹分析原因

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1、混凝土桥墩裂缝分析和控制 中铁 0 局集团二处 提要：本文对铁路和公路桥梁墩身混凝土在施工过程中的非受力裂缝的产 生原因作了分析，并提出了相应的预防措施及处理方法。关键词 ：桥墩裂纹 分析 控制许多桥梁混凝土桥墩在施工过程中出现了不同程度、 不同形式的裂缝， 这是 一个相当普遍的现象。 桥梁墩身混凝土裂缝是一直困扰着桥梁工程技术人员的技 术难题。如 2001 年陇海线改建宝兰二线施工过程中宝天段多座桥梁桥墩浇灌完 毕后不同程度的存在裂缝， 为此郑州局西安工程指挥部组织宝兰二线设计、 监理、 各施工单位和有关专家沿线参观并组织招开研讨会。 我单位在最近几年所施工的 桥梁中亦有多座桥墩发现裂缝。

2、为进一步加强对桥梁墩身混凝土裂缝的认识， 尽 量避免工程中出现危害较大的裂缝， 本文对混凝土桥墩裂缝的种类和原因作了分 析、总结，并提出了在实际施工中具有可操作性的预防措施和处理方法。一、混凝土桥墩裂缝产生的原因混凝土是一种多相体， 它既具有抗压极限强度较高、 耐久性良好的优点， 又 具有抗拉强度较低， 受拉时抗变形能力小， 容易开裂等缺点。 混凝土结构所产生 的裂缝原因大致可分以下三种：1、由外荷载（如静、动荷载）的直接应力所产生的裂纹；2、由结构的次应力（弯矩及切力）引起的裂缝；3、变形变化所产生的裂纹，即主要由温度、收缩、不均匀沉降或膨胀等因 素而引起的裂缝。相关资料中认为，工程实践中结

3、构物的裂缝原因，属于由荷载引起的约占 20%左右，属于由变形变化引起的约占 80%以上。变形所产生的裂缝又分为温度差所产生的裂纹和收缩所产生的裂纹。 温度差 所产生的裂纹如外界气温的骤然变化及混凝土水化热不均所产生的裂纹。 收缩所 产生的裂纹有干缩、塑性收缩、碳化收缩及自收缩等所产生的裂纹。（1）温度变化引起的裂缝混凝土具有热胀冷缩性质， 当外部环境或结构内部温度发生变化， 混凝土将 发生变形， 若变形遭到约束， 则在结构内将产生应力， 当应力超过混凝土抗拉强 度时即产生温度裂缝。引起温度变化主要因素有：A、年、月温差。一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢。我国年温差 一般以一月和七月的月平

4、均温度作为变化幅度。 年、月温差产生的裂缝一般属深 层裂缝。B、日照。桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非 线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。日照产生 的裂缝一般属表面裂缝。日照和骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。C、骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然 下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。D、水化热。水泥在水化过程中放出的热量是混凝土体内温度上升的主要因 素。混凝土内部温度显著升高，体积膨胀。由于混凝土的导热性能较差，而混凝 土外部却随气温降低而冷却收缩， 混凝土内部膨胀与外部收缩这两种作用互相抵 制，

5、使外部混凝土产生很大的拉应力， 当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应 力时，便开始出现裂缝。水化热裂缝仅存在结构表面。E、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当， 混凝土骤冷骤热，内外温度不均， 易出现裂缝。（2）收缩引起的裂缝在实际工程中， 混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。 在混凝土收缩种类 中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有 自生收缩和炭化收缩。A、塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后 415小时左右，此时水 泥水化反应激烈， 分子链逐渐形成， 出现泌水和水分急剧蒸发， 混凝土失水收缩， 此时骨料与胶合料之间产生不均匀的沉缩变形， 都发生在混凝土终凝之

6、前， 即塑 性阶段，称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大，可达 1%左右。常在浇筑大 体积混凝土后 415小时内，在表面上，特别在养护不良的部位出现龟裂，裂缝 无规则，既宽（12mm）又密（间距510cm），属表面裂缝。由于沉缩的作用， 这些裂缝往往沿钢筋分布。B、缩水收缩（干缩）。混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐 步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩） 。因混凝土表层水分损失快， 内部损失慢， 因此产生表面收缩大、 内部收缩小的不均匀收缩， 表面收缩变形受 到内部混凝土的约束， 致使表面混凝土承受拉力， 当表面混凝土承受拉力超过其 抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收

7、缩主要就是缩水收缩。C、自生收缩。自生收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应，这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的（即收缩，如普通硅酸盐水泥混凝土）： 也可以是负的（即膨胀，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土）。D、炭化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩 变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生，且随二氧化碳的浓度的增加而加 快。混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错， 成龟裂状，形状没有任何规律。（3）约束条件的影响约束条件是指各种结构物在变形变化中所受之约束而阻碍其变形。桥梁墩身的外部约束指桥墩的边界条件如桥墩承台、 墩身模板等对

8、桥墩墩身混凝土变形的 约束当桥墩承台与墩身混凝土浇筑间距时间较长， 墩身混凝土收缩变形时承台即阻碍墩身混凝土的收缩，当其所产生拉应力超过混凝土抗拉强度时， 墩身便产生裂缝。承台约束所产生裂缝墩身混凝土浇筑初期， 混凝土所受握裹力，混凝土向外放张, 产生裂缝。二、常见桥梁墩身裂缝形式般在墩身中心线附近，为竖向裂缝 桥梁墩身模板对其起约束作用若拆模较早，释放了 若所受拉应力超过混凝土抗拉强度时，即#在施工过程中桥梁墩身常见的裂缝有:I图2、对拉筋孔处裂缝中I心线图1、中心线附近裂缝1、桥墩中心线附近的竖向裂缝；2、桥墩在日照时间较长侧的裂缝;3、在桥墩模板对拉筋孔处的裂缝；4、在桥墩模板分块接缝处

9、的裂缝；5、桥墩顶部环向裂缝；6混凝土表面细小，不规则、长短不一的裂缝。桥墩中心线附近的裂缝可能是由于约束条件和温度共同作用产生的裂缝；桥墩在日照时间较长侧的裂缝则可能是由于日照温差的影响产生的裂缝；在桥墩模板对拉孔位处的裂缝可能是由于水化热温差和收缩所产生的裂缝；模板分块接缝处的裂缝可能是由于浇筑后为便于拆模松动连接螺栓后一方面约束释放，另一方面温差变化较大而引起的；桥墩顶部的环向裂缝可能是收缩裂缝或顶部施工荷载 所引起；桥墩混凝土表面的细小、不规则、长短不一的裂缝则可能是收缩裂缝和 温度变化引起的裂缝。各种裂缝的划分并无严格界限，混凝土桥墩裂缝产生的原因往往是多种因素 共同作用的影响而产生

10、。三、桥梁墩身混凝土裂缝的控制标准1、铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.3-99) 中第527中规定钢筋混凝土结构构件的计算裂缝宽度容许值:裂缝宽度容许值3 f(mm)结构构件所处环境条件3 f水下结构或地下结构长期处于水下或潮湿的土壤中无侵蚀性介质0.25有侵蚀性介质0.20处于水位经常反复变动的条件下无侵蚀性介质0.20有侵蚀性介质0.15一般大气条件下的地面结构有防护措施0.25无防护措施0.202、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ023- 85)第426条规定：在一般正常大气(不带高浓度侵蚀性气体)条件下，钢筋混凝土受弯构 件在荷载组合I作

11、用下，算得的最大裂缝宽度不应超过 0.2mm；在荷载组合U或 组合川作用下，不应超过0.25mm。处于严重暴露情况(有侵蚀气体或海洋大气) 下的钢筋混凝土构件，容许裂缝宽度不应超过0.1mm。3、铁路桥涵工程质量检验评定标准(TB10415-98)第8.1.7条：混凝土 墩台外观评定应符合下列规定：合格：混凝土基本无蜂窝麻面，但存在 0.2mm 以下局部收缩裂纹，接槎处 无明显错位、无跑模现象，允许偏差符合规定。优良：混凝土光滑平整，接槎顺直，无 0.2mm 以下局部收缩裂纹，允许偏 差符合规定。4、公路工程质量检验评定标准（JTJ07198）第6.1332条规定：混凝 土表面出现非受力裂缝，

12、减13分。缝宽超过0.15mm者必须处理。从以上规范可看出， 对于混凝土桥墩， 不允许出现荷载应力产生的裂缝， 而 仅仅可存在一定的因变形变化而产生的非受力性裂缝。对于铁路桥梁混凝土墩 台，一般情况下要求裂缝的宽度不得大于 0.2mm；对于公路桥梁墩台，一般情况 下要求裂缝的宽度不得大于 0.2mm,大于0.15mm的裂缝必须进行处理。对于裂 缝的深度一般无规定。四、桥梁墩身混凝土裂缝的预防 桥梁墩身混凝土的非受力裂缝会严重降低桥墩混凝土结构的整体性和耐久 性。现在对于工程质量要求越来越严格， 一般要求桥墩上少出现、 甚至不允许出 现非受力裂缝， 这样就必须加强对桥梁墩身混凝土裂缝的预防。 由

13、于墩身混凝土 裂缝的主要原因为水化热、 骤然降温、 日照及收缩等， 因而主要针对降低混凝土 水化热、防止温度骤变、减少收缩及提高混凝土抗裂能力等方面着手。1 、混凝土材料（ 1 ）水泥：选用低水化热水泥，如矿渣硅酸盐水泥与低热微膨胀水泥等。 水泥标号越高、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收 缩时间越长。（ 2）细骨料含泥量小于 3%，采用中粗砂，级配良好；（3）粗骨料优先选用 540mm 石子，含泥量小于 1%，针、片状小于 10% （重量比），级配良好；（4）当混凝土的粗骨料或细骨料具有潜在碱活性时，桥墩混凝土的最大碱 含量：若骨料具有碱硅酸盐反应活性时， 在干燥环境中

14、为 3.5kg/m3 在潮湿环境 中为3.0 kg/m3，在含碱环境中必须用非碱活性骨料；若骨料具有碱一碳酸盐反 应活性时必须用非碱活性骨料。2、混凝土配合比（ 1 ）降低水灰比。尽可能降低水灰比，不仅可有效降低水化热，而且可提 高强度，减少收缩，减少外观弊病。(2) 不要盲目增加水泥用量。目前，在施工现场，为了提高混凝土的强度， 施工时经常采用强行增加水泥用量的做法，结果收缩明显加大。(3) 掺粉煤灰。混凝土内掺入粉煤灰后，可降低水化热；减少干燥收缩； 减少受热体积变化；有火山灰作用；增加混凝土最大抗压强度；增加抗拉强度； 增加最大抗弯强度；增加弹性模量；改善和易性；减少离析现象；在标准规划

15、容 许范围内，凝结较缓；改善成型质量和对模型的磨损；减低碱一集料反应；降低 透水性和浸析现象；使用引气剂时具有足够的抗冻融抵抗力；增强对硫酸盐的抵 抗力；节约水泥，降低成本。但掺粉煤灰混凝土的抗冻性、抗碳化性有所降低。在普通混凝土中，一般采用超量取代法掺用粉煤灰， 适当降低水灰比，可减 小对混凝土抗冻性及抗碳化性的影响。粉煤灰取代水泥率见下表：粉煤灰取代水泥百分率混凝土强度等级取代普通硅酸盐水泥率(%)取代矿渣硅酸盐水泥率(%)C15以下15251020C2015201015C25C30101510注：a以32.5号水泥配制成的混凝土取表中下限值；以 42.5号水泥配制成 的混凝土取上限值；b、C20以上的混凝土宜采用I、II级粉煤灰，C15以下的素混凝土可采用川级粉煤灰。(4) 泵送混凝土砂率应在35%45%之间，在满足可泵性前提下，尽量降低 砂率。掺入粉煤灰后，砂率宜减小 2%6%。(5) 坍落度在满足泵送条件下尽量选小值。(6) 掺缓凝外加剂，以节约水泥，改善混凝土和易性与可泵性，延长缓凝 时间。冬天不加缓凝外加剂。(7) C20以下的混凝土，在