混凝土裂缝产生的原因毕业论文

对混凝土桥墩开裂的原因及对策分析论文

摘要：

近年来，随着城市公路交通量的增加，公路、桥梁负荷上升、其承载力日趋饱和，考虑不少公路、桥梁采用混凝土结构，且大多为建国后所建，桥龄基本在40年左右，这些旧有桥梁很多都已出现老化、破损、裂缝等现象。大体积混凝土施工的关键问题是控制混凝土温度，防止混凝土裂缝的产生，因此，施工前要制定针对大体积混凝土施工的技术方案，即防止混凝土产生温度裂缝的预案。针对方形桥墩易于开裂的问题，本文通过对方形桥墩在设计、施工及运营期间可能出现的裂缝原因进行列述，并就施工期间水化热、运营期间的温度骤降因素建立有限元模型进行应力场分析，根据分析结果提出相应的处理对策。

关键词： 桥梁工程方形桥墩裂缝对策

引言：

根据相关病害调查，桥墩裂缝是混凝土桥梁最主要的病害形式之一：桥墩作为桥梁结构中重要的下部构件，不仅承担着上部结构及汽车等产生的竖向轴力、水平力和弯矩，有时还受到风力、土压力、流水压力以及可能发生的地震力、冰压力、船只和漂流物对墩台的撞击力等荷载的作用。桥墩墩身裂缝直接影响且损害其自身乃至整体桥梁（根据混凝土结构缺损状况评定标准，墩台部件权重约占全桥的50%）的安全性、实用性、耐久性和美观。

裂缝形成原因归结为温度裂缝，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；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是通常中间粗两端细，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、裂缝成因。

分析桥墩病害的主要表现形式为：混凝土剥落、露筋、砌体风化、灰缝脱落、水平裂缝、竖向裂缝、网状裂缝、水平位移、倾斜、沉降等。其中，裂缝作为混凝土结构的主要病害之一，其成因复杂繁多，裂缝划分无严格界限，每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素，其余因素对于裂缝起到继续发展或加剧劣化的作用。常见的墩身裂缝形式包含：桥墩中心线附近的竖向裂缝、桥墩在日照时间较长侧的裂缝、桥墩模板对拉筋孔处的裂缝、桥墩模板分块接缝处的裂缝、桥墩顶部环向裂缝以及混凝土表面细小、不规则的裂缝。究其开裂原因，拟从桥墩的设计、施工及运营使用三方面进行分析论述。

（1）桥墩设计。

桥墩在设计阶段，结构不计算或漏算、结构受力假设与实际受力不符，内力与配筋计算错误，结构的安全系数不够、设计时考虑的施工可能性与实际情况出现差异等均会使桥墩在外荷载直接作用下产生裂缝。

（2）桥墩施工。

桥墩施工过程中，水化热效应、施工工艺、材料自身等因素都会影响桥墩开裂。

①水化热。混凝土浇注过程中水泥水化放热，受混凝土自身的不良导热性和混凝土热胀冷缩性质影响，桥墩内部温度升高体积膨胀而外部温度相对较低发生收缩，内外相互作用易导致桥墩混凝土外部产生很大的温度拉应力，当混凝土抗拉强度不足以抵抗该拉应力时，会引发桥墩竖向开裂。该类裂缝仅存在于结构表面。

②施工工艺。

在桥墩浇注、起模等过程中，若施工工艺不合理、质量低劣，可能产生各种形式的'裂缝，裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度都因产生的原因而异：模板的倾斜、变形以及接缝都可能会使新浇注的混凝土产生裂缝；混凝土振捣不密实、不均匀，也会引发蜂窝、麻面等缺陷；混凝土的初期养护时的急剧干燥也会引发混凝土表面的不规则裂缝；混凝土入模温度过高、施工拆模过早也会导致墩身开裂。

（3）桥墩运营。

桥梁在运营阶段，交通量的增长、超出设计荷载的重型车辆过桥、钢筋的锈蚀等都会影响桥梁墩柱及其它构件的裂缝开展情况。当墩柱受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，则应特别注意，往往是结构达到承载力极限的标志。此外，环境温度对桥墩等构件的开裂影响也不容忽视，引起混凝土桥墩温度变化的主要因素包括：年、月温差、日照变化、骤降温差等，尤其是入冬期间温度骤降极易造成桥墩等大体积构件开裂。

2、裂缝对策研究。

混凝土不可避免地带裂缝工作，裂缝的存在和发展也将一定程度地削弱相应部位构件的承载力，并进一步引发保护层剥落、钢筋锈蚀、混凝土碳化、持久强度低等，甚或危害桥梁的正常运行和缩短其使用寿命。因而，针对前裂缝在设计、施工及运营阶段可能出现的原因，进行控制对策的研究，列述如下。

（1）设计阶段。

在计算模型选取合理、桥墩强度、刚度、稳定性等满足规范要求的条件下，可选择尺寸较小的圆形截面桥墩，以一定程度地减缓减弱其温度应力峰值，从而降低其开裂风险。此外，在桥墩四周加防裂钢筋网，配筋除满足承载力及构造要求外，应结合水泥水化热引起的温度应力增配钢筋，以提高钢筋控制裂缝的能力。

（2）施工阶段。

①水化热。

R.Springenschmid认为，混凝土的2/3应力来自于温度变化，1/3来自干缩和湿胀。典型的波特兰水泥会在开始3天内放出约50%的水化热。可见，水化热是混凝土早期温度应力的主要来源，过快过高的水化热是早期开裂的主要原因。针对水化热效应，可采取以下措施以改善并控制开裂情况：在满足设计强度的前提下，尽可能采用圆形截面柱、尽可能采用低标号混凝土；采用低水化热的水泥或掺粉煤灰的水泥或掺缓凝剂，其对改善混凝土和易性、降低温升、减小收缩具有较好的效果，也可提高自身抗裂性。此外，对墩身内部布设冷水管以循环降温。

②入模温度。

降低混凝土的入模温度也是一项降低混凝土温度应力的重要措施。一般的，混凝土从塑形状态转变为弹性状态时，浇注温度越低开裂倾向越小。过高的入模温度会加剧了混凝土的早期温升，使得温度应力更大。

③其它。

桥墩的模板应具备足够的强度、刚度和稳定性，可承受新浇混凝土的重力、侧压力以及施工过程中可能产生的各种荷载；混凝土的振捣密实、均匀，可有效防止收缩裂缝，不可过捣，否则造成混凝土离析；拆模不应太早，混凝土终凝后对墩柱表面应及时的保湿保温养护，使水泥水化作用顺利进行，以提高混凝土的抗拉强度。主要养护方法包括：覆盖养护、浇水养护、储水养护和薄膜养护等。

（3）运营阶段。

运营阶段的抗裂措施应主要包含两方面内容：对潜在开裂隐患的控制和既有裂缝的修补控制。对于前者，若不考虑地震、撞击等偶然因素的影响，桥梁在运营期间的裂缝则主要跟环境变化相关。根据前文的温度骤降影响分析，圆形截面柱的抗裂情况较另2者略优，因而，可优先选择圆截面柱作为桥墩的设计方案。

除此，可在温度骤降前期或初期，于桥墩表面附加保温材料或涂抹防护材料以削减温度骤降带来的影响。对于后者，虽然对桥墩混凝土的原材料、配合比及工艺等方面加强预防措施，但混凝土桥墩的裂缝仍不可避免。根据《公路工程质量检验评定标准》规定，公路桥墩裂缝缝宽>0.15mm，铁路桥墩裂缝缝宽>0.2mm以下的局部收缩裂缝，须进行处理、修补。对于运营期间出现的裂缝，由变形变化所引起的裂缝，其无承载力危险，可采用防水型化学灌浆技术作一般表面处理。

混凝土桥墩工程中，多属于大体积混凝土工程，较易出现裂缝。只有在设计、施工、运营各阶段进行科学、合理的运作，可减轻减缓混凝土的裂缝开展。根据前文，相同体积情况下，满足强度、刚度、稳定性要求后，圆截面柱较矩形柱受施工期间水化热、运营期间温度骤降所引起的温度应力小，因而建议桥墩设计采用圆截面。

1、裂缝是混凝土的一个常见现象，也是混凝土一个十分复杂的问题。混凝土裂缝类型很多，各种裂缝的成因、裂缝形态、预防方法见附表。2、混凝土裂缝必须以预防为主，必须有设计、施工、混凝土生产企业各方面的通力合作，尤其是施工方与混凝土生产企业之间的互相配合。3、商品混凝土搅拌站预防裂缝的措施：1）严格控制集料的含泥量符合要求。2）不使用立窖水泥，刚出厂未经陈化的水泥不得急于使用。3）外加剂不能经常变更，非变更外加剂不可时，应做与水泥的适应性试验。4）使用合格的掺合料。5）控制水胶比、粉砂含量、胶凝材料用量不要过大。6）选择和使用适当的能保证密实性的砂率。7）合理使用膨胀剂，包括膨胀剂的类型和掺量。8）混凝土初凝和终凝之间的时间间隔不宜过长。9）混凝土搅拌计量准确，物料投放不发生错误，搅拌时间符合要求，坚持开盘鉴定，坚持搅拌生产过程质量控制。10）运输和泵送过程不改变混凝土的质量特性。11）做好预拌混凝土现场交接与现场服务。3、商品混凝土搅拌站要协助施工方做好混凝土的养护工作。1）尽可能早地保湿养护以避免塑性收缩裂缝。尽可能早是指正常情况下，当混凝土浇筑后12小时内必须开始养护，并尽可能地早；当遇到大风、干燥天气时应及时养护；大体积混凝土浇筑时应与浇筑工作同步。2）足够长时间的保湿养护以避免干燥收缩裂缝。足够长时间的湿养护是指硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土至少保湿养护7天。火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸水泥、复合硅酸盐水泥配制的混凝土以及掺有火山灰、粉煤灰掺合料的混凝土至少湿养护14天。3）保湿养护的方法。采用复盖保湿养护方式可使用麻片、草帘、锯末等进行复盖，适时浇水，一般地说可初凝后复盖，终凝后开始浇水。大面积水平结构，如地坪、楼板、屋面等也可以采用蓄水养护，但尽量推荐使用二次抹压后复盖塑料薄膜密封复盖的方法，保持塑料膜内有凝结水，尤其是对板状结构。4）为防止温度裂缝隙的产生，尤其是对大体积混凝土在保湿养护的同时，还应做好保温养护，保湿和保温必须同步。5）模板必须有足够强度和刚度的支撑。6）合理地浇筑顺序。7）适度振捣，不欠振，也不过振，适时抹压。8）不过早拆模，拆模时防止剧烈振动和冲击。9）当混凝土强度较低（一般低于1.2MPa）时，不得踩踏和过早施加荷载。10）养护过程中如发现遮盖不全，浇水不足，以至表面泛白或出现细小干缩裂缝时，应立即遮盖，充分浇水，加强养护，并延长浇水养护时间加以补救。

浅谈钢筋混凝土楼板裂缝的成因和防治措施论文

关键词： 混凝土楼板；裂缝；防治

摘要： 本文首先分析了目前普遍采用的现浇钢筋混凝土楼板产生裂缝的特点和常见裂缝产生的原因，提出了具体预防措施和处理方法，供大家参考。

1、前言。

目前建筑物的楼板大多采用现浇钢筋混凝土楼板，因为现浇钢筋混凝土楼板在结构安全性，整体性和使用功能等方面都比预制板优越得多。但是现浇钢筋混凝土楼板的裂缝，是目前较难克服的质量通病之一，楼板裂缝轻者影响美观，重者破坏房屋结构的安全性，降低房屋的抗震能力和房屋的正常使用，特别是一些住宅楼板的裂缝发生后，往往会引起投诉纠纷等。根据对一些住宅小区的调查来看，现浇楼板裂缝大都发生在楼板表面，有的是表皮裂缝，有的是混凝土自身裂缝。除常见的板四角斜向裂缝外，还有许多横向、纵向杂乱的裂缝。

从现场取证及施工中出现的楼板裂缝有如下特点：

（1）部分裂缝出现在楼梯与楼板梁相连接处，特别是先砌砖，后浇混凝土者出现较多。

（2）裂缝多分布在建筑物外墙转角处房间的楼板上，一般呈45。斜向，有时一只角位同时出现2条～3条裂缝，基本为上下贯通。

（3）部分裂缝产生在板内管线埋设位置，沿着管线等应力集中部位展开。

以上裂缝不仅影响外观，还可引起渗漏、钢筋腐蚀和混凝土碳化等，影响建筑物的耐久性，给用户带来严重的不安全感。在裂缝出现后，如不及时采取补救措施，在1年～3年内裂缝会继续发展，给人的安全造成威胁。文中主要从设计、施工等方面来剖析裂缝的成因，并探讨具体的防治方法和弥补措施。

2、楼板裂缝原因分析。

（1）温度应力。

现浇钢筋混凝土楼板裂缝主要是由混凝土温度变形和收缩变形引起的。当环境的温度和湿度变化时，混凝土相应的会产生温度变形和收缩变形，由于现浇板的体积与表面积的比值（体表比）较小，混凝土的收缩变形较大，使板内出现拉应力。石河子地区具有荒漠大陆性气候特点属于典型的炎热和干燥气候，夏季白天升温快，气候炎热，夜间降温快，日差较大。混凝土是一种抗拉能力很低的脆性材料，当板内的拉应力超过混凝土的抗拉强度并且楼板变形大于配筋后混凝土的极限拉伸的时候，楼板内就会产生裂缝。

（2）水泥的品种与强度等级、水泥用量、水灰比。

水泥的水化热是水泥固有的性质，水化热引起混凝土内部温度的升高，内外产生温差，温差引起的应力可使混凝土产生裂缝。不同品种不同强度等级的水泥矿物成分的含量不相同，矿物成分中铝酸三钙水化产生的热量最大，速度也快，另外水泥细度越细，水化反应比较容易进行，水化放热量越大，放热速度也越快。因此根据水泥的不同矿物成分含量选择低水化热的水泥品种和与混凝土强度等级相适宜的水泥强度等级是预防裂缝的前提。混凝土中的水泥用量越大，总发热量越大。混凝土的温度会随水泥用量的增加而提高，造成混凝土的收缩大，水化热高，产生非受荷裂缝。相同强度等级的混凝土，水灰比增大，水泥用量增多，凝土的收缩量增大。混凝土硬化过程是化学结合水与水泥化合的结果，水灰比大，用水量多，混凝土的收缩增大。这是由混凝土收缩引起的非荷裂缝。

（3）粗细骨料。

夏季露天堆放的砂石料受高温和太阳辐射的影响表层温度达6℃以上，用这种砂石料配制混凝土会增大用水量，环境温度过高使水泥出现假凝和粘罐现象。由于水灰比的增大和搅拌质量的降低，将导致混凝土的强度降低干缩增加。

（4）浇筑方案。

整体现浇楼板浇筑之前，应从人、机、料、法、环五个方面入手编制一个科学的浇筑方案，在实际的施工过程中，大多数工地的垂直运输机械使用的是龙门架，设备比较陈旧，工作效率不高，在天气炎热、操作人员比较困乏的情况下会出现部分混凝土从搅拌机中卸出到浇筑完毕的时间超过了规范规定的时间，未做技术处理。导致了混凝土在浇筑时就已经留下了裂纹隐患，这种裂缝具有位置的不固定性，事后在没有客观真实的施工记录情况下，对此种裂缝产生的原因难以做出正确的判断分析。

（5）板内埋设的PVC管。

近些年来推广使用PVC管预埋，特别是总进户线预埋管管径较大预埋时又贯穿于板的长度和宽度方向，同一块板预埋管比较集中，楼板的厚度一般是80—120mm，使板内有效截面受到不同程度的消弱。另外预埋管与混凝土的膨胀系数不一致，粘结效果差，这时沿预埋管就有可能因为应力集中而出现裂缝。

（6）养护。

混凝土失水会影响水泥水化作用的正常进行，而且因水化作用未能完成，造成混凝土结构疏松，渗水性增大，形成干缩裂缝。特别是期养护质量与裂缝的关系密切，期表面干燥或早期内外温差较大更容易产生裂缝。

（7）施工荷载超载。

混凝土浇筑完成后，还没有达到足够的强度，就迫不及待的上人操作和堆放材料，使其产生过大的变形，导致裂缝产生。这是结构受荷后产生的裂缝，施工中主要是楼板上施工荷载超载如：普通粘土砖堆放集中，塔吊吊运材料下落时吊笼对楼板的冲击等。

（8）模板的`拆除。

现浇板在未达到规定的拆模强度时拆除模板或支架，此时楼板的承载能力低于设计允许荷载，使楼板在不正常的情况下受荷产生裂缝，这是结构受荷引起的裂缝。施工现场也会出现在未达到规定的拆模强度时，拆除个别的木支撑或钢管支撑、扣件等，造成支架的承载体系发生变化而产生裂缝。

3、裂缝控制措施。

（1）施工方面。

保证模板的刚度。模板支撑的选用必须经过计算，除满足强度要求外，还必须有足够的刚度和稳定性。

模板的周转配置，应考虑到规定的拆模时间，跨度大于2m小于8m的现浇楼板，其拆模混凝土强度必须达到标准值的75%，当跨度大于8m时，拆模混凝土强度必须达到标准值的100%，防止过早拆模引起的混凝土损伤。

在楼板负弯矩钢筋处设置撑脚和马凳，楼面钢筋上设置跳板，严禁在混凝土浇捣过程中踩踏钢筋，确保负弯矩钢筋的正确定位。

楼板混凝土浇捣完毕后，根据当时室外气温，确定养护方案。冬、夏季节，应采取混土表面加盖草包、塑料薄膜等养护措施。混凝土在浇筑完后12h内，必须进行浇水养护，浇水养护时间一般不得少于7d，对掺用缓凝剂或抗渗要求的混凝土，不得少于14d。

按科学规律安排施工工期与进度计划。楼板混凝土浇捣完成后，其强度未达到1.2N/mm，施工人员不得在楼面操作及堆放材料。

（2）材料方面。

合理确定混凝土的配合比和坍落度。在混凝土配合比设计时，应全面考虑，多用骨料、少用粉料，以减少裂缝产生。严格控制混凝土的水灰比，控制坍落度不宜过大，确保每层混凝土坍落度基本稳定。

严格原材料检验试验。在搅拌混凝土之前，必须按规定对水泥、粗细骨料、外加剂等进行检验复试，不合格的材料不得使用。

采取适当措施增加混凝土的抗拉强度。当工程需要时，可通过添加合成纤维等措施增加混凝土的抗拉强度，控制混凝土的裂缝。

4、裂缝的处理方法。

对于一般混凝土楼板表面的龟裂，可先将裂缝清洗干净，待干燥后用环氧浆液灌缝或用表面涂刷封闭。施工中若在终凝前发现龟裂时，可用抹压一遍处理。

其它一般裂缝处理，其施工顺序为：清洗板缝后用l：2或l：l水泥砂浆抹缝，压平养护。

当裂缝较大时，应沿裂缝凿八字形凹槽，冲洗干净后，用l：2水泥砂浆抹平，也可以采用环氧胶泥嵌补。

当楼板出现裂缝面积较大时，应对楼板进行静载试验，检验其结构安全性，必要时可在楼板上增做一层钢筋网片，以提高板的整体性。

通长、贯通的危险结构裂缝，裂缝宽度大于0.3mm的，采用结构胶粘扁钢加固补强。板缝用灌缝胶高压灌胶。

在板底裂缝可采用增强纤维等材料对裂缝作粘贴加强处理，粘贴宽度为350mm。既能起到承受抗拉裂补强作用，又不影响粉刷和装饰效果。是目前较好的裂缝祢补措施。

5、结束语。

现浇钢筋混凝土楼板裂缝的预防与控制一直都值得关注，虽然已有的方法可将某些裂缝控制到一定的程度，但裂缝带来的隐患仍然随处可见，不管是表面的还是结构裂缝。只有从设计、材料、施工、使用等方面继续探讨，不断寻求更好的方法，才能进一步减免现浇钢筋混凝土楼板中的裂缝。