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摘要：桥墩混凝土裂缝是桥梁工程中的常见病害之一，也是桥梁施工时需要技术人员关注的重点。其产生的原因复杂，与材料，施工，养护以及桥梁日后的运营都有关系。本文主要介绍了混凝土墩身裂缝原因分析及控制措施，仅供参考。
关键词：桥墩；裂缝；产生；修补；防治
中图分类号： TV543 文献标识码： A
一、混泥土桥梁各类墩身裂缝成因分析
1、荷载作用引起的裂缝
1.1设计原因
在桥梁设计时，对于结构受力的假设与实际情况差距过大;安全系数不够;设计人员没有考虑施工过程的可操作性;配筋过少或布置不合理;结构自身刚度不足等。
1.2施工阶段
混合材料不均匀，由于搅拌不均匀，材料的膨胀性和收缩的差异，引起局部的一些裂缝。长时间搅拌，混凝土运输时间过长，长时间搅拌突然停止后很快硬化产生的异常凝结，引起网状裂缝。浇筑速度过快，当构件高度较大，如一次快速浇筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，产生下沉，引起裂缝。
2、温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩的性质，当桥墩外部或内部环境温度发生变化时，结构发生变形。此时，结构将由于约束的存在产生应力，混凝土的抗拉强度很低，当此应力大于混凝土的限值时就会引起温度裂缝。
桥墩温度变化的一个主要因素就是水化热。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以及热胀冷缩性质的影响，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，如果抗拉强度不足以抵抗该拉应力，会引发桥墩竖向开裂。水化热量取决于水泥的矿物组分、混合材和细度。
3、施工材料质量引起的裂缝
水泥、骨料、砂、拌和用水以及各类添加剂是组成混凝土的主要材料。如果使用不合格的材料配置混凝土，结构也极有可能发生开裂。例如，水泥的安定性差、游离氧化钙含量过高、水泥出厂时强度不足;砂石粒径太小、级配不良、空隙率大;拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高等因素，均可能引起桥墩混凝土开裂。
4、其他可能引起桥梁裂缝的原因
冻胀引起的裂缝:当气温低于0℃时，已处于吸水饱和状态的混凝土会发生冰冻，混凝土中游离的水冻结成冰，其体积会增大9%，混凝土内部也会产生膨胀应力。
基础变形引起的裂缝:基础的水平向位移，或竖向沉降不均匀，均是引起混凝土结构中附加应力的重要原因。
钢筋锈蚀引起的裂缝:钢筋锈蚀产生体积膨胀可达原体积的数倍，使钢筋位置处的混凝土受到内压力而产生裂缝，并随之剥落。
偶然外力冲击引起的裂缝:外力撞击、发生大风、大雪、地震、爆炸等偶然外力所产生的冲击也是引起桥墩开裂甚至破坏不可忽视的因素。
二、裂缝的产生机理
混凝土是由一定比例的水泥和砂、石料、水或掺入适量外加剂拌合而成的，它由流动体经模筑（浇筑）凝结硬化成坚硬固体，所以它存在着早期变形的特性。
混凝土中的水泥加水拌合后，水泥的矿物成分很快与水发生反应，形成胶凝体。由于水化反应不断进行，水泥的水化产物填充了水泥颗粒的空间。接触点逐渐增多，结构趋向密实，使水泥浆失去塑性，水化生成物以凝胶与结晶体状态进一步填充孔隙，水泥浆体逐渐产生强度，这就是简单的水泥凝结硬化的过程。
混凝土中含有大量的空隙，空隙中存在水分。混凝土中的水分有化学结合水，物理化学结合水。化学结合水不参与外界的温度交换作用。物理化学结合水为吸附薄膜结构，具有中等强度结合，容易受到水分蒸发的破坏。
混凝土早期变形对于工程结构来说，主要是干缩变形和温度变形。这些变形表现的结果，就会使混凝土表面产生裂缝。混凝土在干燥的空气中存放时，混凝土内部吸附在胶体颗粒上的被蒸发，引起胶体失水，产生干缩。与此同时，在混凝土内部毛细孔中的游离水分亦被蒸发，毛细孔负压增大，混凝土也产生收缩。这些收缩是由表及里进行的，因此表面收缩大，内部收缩小，使混凝土表面产生拉力作用。在混凝土早期强度降低的情况下，拉力极易超过极限抗拉强度，因此，致使混凝土表面产生裂缝。
混凝土具有热胀冷缩的性质。如果施工技术不好不按操作规程组织势必使混凝土表面产生拉应力，造成混凝土出现裂缝。
三、案例分析
1、墩身产生裂缝原因分析
某桥在施工过程中发现桥墩墩身出现裂缝，且已影响到了墩身的质量安全。经检查，该桥混凝土的配合比申报己经过审批，现场的原材料严格把关，生产的混凝土优异；现场施工标准，养护及时到位，现场墩身混凝土的养护执行如下：
混凝土初凝后即开始养护，一般砼浇筑完毕后12h内即覆盖养护；拆模后的墩身采用洒水塑料薄膜包裹养护，保持其处于湿润状态，养护水与混凝土表面温差不大于15℃，混凝土湿润养护时间不少于7天。
墩身施工截面养护：采用土工布满铺混凝土表面，在土工布上洒水，保持砼表面湿润，混凝土湿润养护时间不少于7天。
空心墩内侧混凝土养护：用土工布悬挂在钢筋上，悬挂长度不小于1m，用喷水器洒水，保持混凝土表面湿润，混凝土湿润养护时间不少于7天。由上所述，基本可以排除混凝土质量差和施工养护不到位而产生裂缝的原因；下实体段和下倒角总方量为125.9m3，未超过200m3，有大体积混凝土倾向，但不属于大体积混凝土，可排除水化热原因；现场并未发现混凝土膨胀和钢筋锈蚀现象，可排除化学作用原因。所以本桥墩身裂缝产生是结构自身构造和各方因素综合作用引起的。
经综合分析，本桥裂缝产生原因如下：
在实际施工中先浇筑承台混凝土，并伸出一定数量的预埋钢筋达一定长度以加强承台与墩身的粘结，待承臺混凝土硬化之后再进行桥墩混凝土的施工。桥粱承台厚度和宽度比较大，刚度很大。桥墩混凝土受到承台的约束是较大的。桥墩浇筑的第一节混凝土有大体积混凝土倾向，在浇筑初期产生大量水化热，内部温度迅速升高，体积膨胀，但由于混凝土的弹性模量很小，将会产生很小压应力，在混凝土硬化后期冷却收缩时，由于承台混凝土的约束和混凝土弹性模量的增大，在桥墩混凝土中产生较大拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉极限强度时会产生裂缝。
本桥为混凝土空心桥墩，空心段与实体段之间的刚度变化过大，此处也易出现裂缝。
发现裂缝的墩身，其承台混凝土与墩身混凝土龄期相差2个月以上，承台混凝土与墩身混凝土收缩率不同步，混凝土内部约束力增加，导致拉应力过大，超过轴心抗拉能力时便产生了裂缝。
2、墩身裂缝防治措施
调整配合比，减少混凝土收缩率，由于
要保证混凝土强度及施工和易性满足泵送要求，配合比已是最优方案，难以调整。
加强养护：埋置冷却水管养护，但由于水化热不是主要原因，效果将不明显且操作繁琐，材料投入大，不经济。
在墩身易开裂区的保护层内埋设细钢筋网片，直径细而间距密的钢筋可以减小混凝土拉应力，对提高混凝土抗裂性的效果较好。
控制承台与墩身混凝土龄期差在2个月以下。
综上所述，本桥采取防治措施为第（3）点和第（4）点。由于混凝土收缩率不一致是本桥墩身裂缝产生的主要原因，所以第（4）为裂缝防治的关键措施。
3、墩身裂缝修补方法
3.1开槽法修补裂缝
材料的配合比为∶采用环氧树脂∶聚硫橡胶∶水泥∶砂＝10∶3∶12.5∶28。首先用人工将晒干筛后的砂、水泥按比例配好搅拌均匀后，将环氧树脂聚硫橡胶也按配比拌匀。然后掺入已拌好的砂、水泥当中，再用人工继续搅拌。最后用少量的丙酮将已拌好的砂浆稀释到适中稠度（约0.4斤丙酮就可以了）。及时将已拌好的改性环氧树脂砂浆用橡胶桶装到已凿好洗净吹干后的混凝土凿槽内进行嵌入（从砂浆开始拌和到嵌入混凝土缝内，一组砂浆的整个施工过程需要30分钟左右完成）。嵌入后的砂浆养护即砂浆嵌入缝槽内处理好后两小时以内及时用毛毡、麻袋将聚硫橡胶改性环氧树脂砂浆进行覆盖，待完全初凝后，开始用水养护。由于该法适合于修补较宽裂缝大于0.5mm，且对主体结构有损伤，不予采用。
3.2表面覆盖法修补裂缝
这是一种在微细裂缝（一般宽度小于0.2mm）的表面上涂膜，以达到修补混凝土微细裂缝的目的。施工时，首先用钢丝刷子将混凝土表面打毛，清除表面附着物，用水冲洗干净后充分干燥，然后用树脂充填混凝土表面的气孔，再用修补材料涂覆表面。此方法方便简单，处理细微裂缝效果较明显。我们采用第二种方法，用XYPEX修补材料修补裂缝，效果较好。
主要机理：XYPEX本质是一种无机催化剂，能催化从外界进入缝隙的水与未完全反应的水泥颗粒发生水化作用，结晶生成不溶于水的枝蔓状晶体，填满裂缝空隙，提高混凝土密实度。此反应会循环往复进行下去。
施工方案：①用手动打磨机处理混凝土表面以露出坚实的混凝土基面，做到无浮浆、无油污；②用自来水充分湿润处理过的待施工基面，需连续浸润8~12小时；③按XYPEX∶水=5∶2（体积比）配合比拌制XYPEX浓缩剂；④充分搅拌3~5分钟，使料混合均匀；从配料搅拌到用完须控制在20分钟内，混合物变稠时要频繁搅动至稀薄，严禁二次加水；⑤XYPEX涂刷时要用专用的半硬尼龙刷；⑥按1公斤/平方米涂刷XYPEX浓缩剂，分两遍完成；⑦须纵横来回涂刷；涂第二层时，伺第一层初凝后手触已干时进行；⑧养护过程中必须用净水，使用喷雾式洒水或无冲击力的小水养护；⑨一般每天喷雾水3~5次，连续7天以上，在热天或干燥天气要增加次数，防止涂层过干燥，必要时用湿麻袋等遮护。
结束语
施工中出现混凝土裂缝，首先要多观察、多比较，分析具体原因，然后采用针对性防治措施，防止后施工构件继续产生裂缝，确保工程质量；对已形成的裂缝要采用最优方案，及时处理，消除裂缝的不利影响。
参考文献
[1]董旭明.关于桥梁混凝土墩身裂缝成因分析及其控制方法技术探究[J].黑龙江交通科技,2014,02:95.
[2]祝金忠.道桥工程混凝土裂缝原因及修复方式探讨[J].中国连锁,2014,04:240.
[3]高树峰.钢筋混凝土桥墩墩身裂缝的成因及修补方法[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2013,05:11-13.
[4]冀新红.混凝土墩身裂缝原因分析及控制措施[J].山西建筑,2010,34:135-137.
关键词：桥墩；裂缝；产生；修补；防治
中图分类号： TV543 文献标识码： A
一、混泥土桥梁各类墩身裂缝成因分析
1、荷载作用引起的裂缝
1.1设计原因
在桥梁设计时，对于结构受力的假设与实际情况差距过大;安全系数不够;设计人员没有考虑施工过程的可操作性;配筋过少或布置不合理;结构自身刚度不足等。
1.2施工阶段
混合材料不均匀，由于搅拌不均匀，材料的膨胀性和收缩的差异，引起局部的一些裂缝。长时间搅拌，混凝土运输时间过长，长时间搅拌突然停止后很快硬化产生的异常凝结，引起网状裂缝。浇筑速度过快，当构件高度较大，如一次快速浇筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，产生下沉，引起裂缝。
2、温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩的性质，当桥墩外部或内部环境温度发生变化时，结构发生变形。此时，结构将由于约束的存在产生应力，混凝土的抗拉强度很低，当此应力大于混凝土的限值时就会引起温度裂缝。
桥墩温度变化的一个主要因素就是水化热。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以及热胀冷缩性质的影响，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，如果抗拉强度不足以抵抗该拉应力，会引发桥墩竖向开裂。水化热量取决于水泥的矿物组分、混合材和细度。
3、施工材料质量引起的裂缝
水泥、骨料、砂、拌和用水以及各类添加剂是组成混凝土的主要材料。如果使用不合格的材料配置混凝土，结构也极有可能发生开裂。例如，水泥的安定性差、游离氧化钙含量过高、水泥出厂时强度不足;砂石粒径太小、级配不良、空隙率大;拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高等因素，均可能引起桥墩混凝土开裂。
4、其他可能引起桥梁裂缝的原因
冻胀引起的裂缝:当气温低于0℃时，已处于吸水饱和状态的混凝土会发生冰冻，混凝土中游离的水冻结成冰，其体积会增大9%，混凝土内部也会产生膨胀应力。
基础变形引起的裂缝:基础的水平向位移，或竖向沉降不均匀，均是引起混凝土结构中附加应力的重要原因。
钢筋锈蚀引起的裂缝:钢筋锈蚀产生体积膨胀可达原体积的数倍，使钢筋位置处的混凝土受到内压力而产生裂缝，并随之剥落。
偶然外力冲击引起的裂缝:外力撞击、发生大风、大雪、地震、爆炸等偶然外力所产生的冲击也是引起桥墩开裂甚至破坏不可忽视的因素。
二、裂缝的产生机理
混凝土是由一定比例的水泥和砂、石料、水或掺入适量外加剂拌合而成的，它由流动体经模筑（浇筑）凝结硬化成坚硬固体，所以它存在着早期变形的特性。
混凝土中的水泥加水拌合后，水泥的矿物成分很快与水发生反应，形成胶凝体。由于水化反应不断进行，水泥的水化产物填充了水泥颗粒的空间。接触点逐渐增多，结构趋向密实，使水泥浆失去塑性，水化生成物以凝胶与结晶体状态进一步填充孔隙，水泥浆体逐渐产生强度，这就是简单的水泥凝结硬化的过程。
混凝土中含有大量的空隙，空隙中存在水分。混凝土中的水分有化学结合水，物理化学结合水。化学结合水不参与外界的温度交换作用。物理化学结合水为吸附薄膜结构，具有中等强度结合，容易受到水分蒸发的破坏。
混凝土早期变形对于工程结构来说，主要是干缩变形和温度变形。这些变形表现的结果，就会使混凝土表面产生裂缝。混凝土在干燥的空气中存放时，混凝土内部吸附在胶体颗粒上的被蒸发，引起胶体失水，产生干缩。与此同时，在混凝土内部毛细孔中的游离水分亦被蒸发，毛细孔负压增大，混凝土也产生收缩。这些收缩是由表及里进行的，因此表面收缩大，内部收缩小，使混凝土表面产生拉力作用。在混凝土早期强度降低的情况下，拉力极易超过极限抗拉强度，因此，致使混凝土表面产生裂缝。
混凝土具有热胀冷缩的性质。如果施工技术不好不按操作规程组织势必使混凝土表面产生拉应力，造成混凝土出现裂缝。
三、案例分析
1、墩身产生裂缝原因分析
某桥在施工过程中发现桥墩墩身出现裂缝，且已影响到了墩身的质量安全。经检查，该桥混凝土的配合比申报己经过审批，现场的原材料严格把关，生产的混凝土优异；现场施工标准，养护及时到位，现场墩身混凝土的养护执行如下：
混凝土初凝后即开始养护，一般砼浇筑完毕后12h内即覆盖养护；拆模后的墩身采用洒水塑料薄膜包裹养护，保持其处于湿润状态，养护水与混凝土表面温差不大于15℃，混凝土湿润养护时间不少于7天。
墩身施工截面养护：采用土工布满铺混凝土表面，在土工布上洒水，保持砼表面湿润，混凝土湿润养护时间不少于7天。
空心墩内侧混凝土养护：用土工布悬挂在钢筋上，悬挂长度不小于1m，用喷水器洒水，保持混凝土表面湿润，混凝土湿润养护时间不少于7天。由上所述，基本可以排除混凝土质量差和施工养护不到位而产生裂缝的原因；下实体段和下倒角总方量为125.9m3，未超过200m3，有大体积混凝土倾向，但不属于大体积混凝土，可排除水化热原因；现场并未发现混凝土膨胀和钢筋锈蚀现象，可排除化学作用原因。所以本桥墩身裂缝产生是结构自身构造和各方因素综合作用引起的。
经综合分析，本桥裂缝产生原因如下：
在实际施工中先浇筑承台混凝土，并伸出一定数量的预埋钢筋达一定长度以加强承台与墩身的粘结，待承臺混凝土硬化之后再进行桥墩混凝土的施工。桥粱承台厚度和宽度比较大，刚度很大。桥墩混凝土受到承台的约束是较大的。桥墩浇筑的第一节混凝土有大体积混凝土倾向，在浇筑初期产生大量水化热，内部温度迅速升高，体积膨胀，但由于混凝土的弹性模量很小，将会产生很小压应力，在混凝土硬化后期冷却收缩时，由于承台混凝土的约束和混凝土弹性模量的增大，在桥墩混凝土中产生较大拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉极限强度时会产生裂缝。
本桥为混凝土空心桥墩，空心段与实体段之间的刚度变化过大，此处也易出现裂缝。
发现裂缝的墩身，其承台混凝土与墩身混凝土龄期相差2个月以上，承台混凝土与墩身混凝土收缩率不同步，混凝土内部约束力增加，导致拉应力过大，超过轴心抗拉能力时便产生了裂缝。
2、墩身裂缝防治措施
调整配合比，减少混凝土收缩率，由于
要保证混凝土强度及施工和易性满足泵送要求，配合比已是最优方案，难以调整。
加强养护：埋置冷却水管养护，但由于水化热不是主要原因，效果将不明显且操作繁琐，材料投入大，不经济。
在墩身易开裂区的保护层内埋设细钢筋网片，直径细而间距密的钢筋可以减小混凝土拉应力，对提高混凝土抗裂性的效果较好。
控制承台与墩身混凝土龄期差在2个月以下。
综上所述，本桥采取防治措施为第（3）点和第（4）点。由于混凝土收缩率不一致是本桥墩身裂缝产生的主要原因，所以第（4）为裂缝防治的关键措施。
3、墩身裂缝修补方法
3.1开槽法修补裂缝
材料的配合比为∶采用环氧树脂∶聚硫橡胶∶水泥∶砂＝10∶3∶12.5∶28。首先用人工将晒干筛后的砂、水泥按比例配好搅拌均匀后，将环氧树脂聚硫橡胶也按配比拌匀。然后掺入已拌好的砂、水泥当中，再用人工继续搅拌。最后用少量的丙酮将已拌好的砂浆稀释到适中稠度（约0.4斤丙酮就可以了）。及时将已拌好的改性环氧树脂砂浆用橡胶桶装到已凿好洗净吹干后的混凝土凿槽内进行嵌入（从砂浆开始拌和到嵌入混凝土缝内，一组砂浆的整个施工过程需要30分钟左右完成）。嵌入后的砂浆养护即砂浆嵌入缝槽内处理好后两小时以内及时用毛毡、麻袋将聚硫橡胶改性环氧树脂砂浆进行覆盖，待完全初凝后，开始用水养护。由于该法适合于修补较宽裂缝大于0.5mm，且对主体结构有损伤，不予采用。
3.2表面覆盖法修补裂缝
这是一种在微细裂缝（一般宽度小于0.2mm）的表面上涂膜，以达到修补混凝土微细裂缝的目的。施工时，首先用钢丝刷子将混凝土表面打毛，清除表面附着物，用水冲洗干净后充分干燥，然后用树脂充填混凝土表面的气孔，再用修补材料涂覆表面。此方法方便简单，处理细微裂缝效果较明显。我们采用第二种方法，用XYPEX修补材料修补裂缝，效果较好。
主要机理：XYPEX本质是一种无机催化剂，能催化从外界进入缝隙的水与未完全反应的水泥颗粒发生水化作用，结晶生成不溶于水的枝蔓状晶体，填满裂缝空隙，提高混凝土密实度。此反应会循环往复进行下去。
施工方案：①用手动打磨机处理混凝土表面以露出坚实的混凝土基面，做到无浮浆、无油污；②用自来水充分湿润处理过的待施工基面，需连续浸润8~12小时；③按XYPEX∶水=5∶2（体积比）配合比拌制XYPEX浓缩剂；④充分搅拌3~5分钟，使料混合均匀；从配料搅拌到用完须控制在20分钟内，混合物变稠时要频繁搅动至稀薄，严禁二次加水；⑤XYPEX涂刷时要用专用的半硬尼龙刷；⑥按1公斤/平方米涂刷XYPEX浓缩剂，分两遍完成；⑦须纵横来回涂刷；涂第二层时，伺第一层初凝后手触已干时进行；⑧养护过程中必须用净水，使用喷雾式洒水或无冲击力的小水养护；⑨一般每天喷雾水3~5次，连续7天以上，在热天或干燥天气要增加次数，防止涂层过干燥，必要时用湿麻袋等遮护。
结束语
施工中出现混凝土裂缝，首先要多观察、多比较，分析具体原因，然后采用针对性防治措施，防止后施工构件继续产生裂缝，确保工程质量；对已形成的裂缝要采用最优方案，及时处理，消除裂缝的不利影响。
参考文献
[1]董旭明.关于桥梁混凝土墩身裂缝成因分析及其控制方法技术探究[J].黑龙江交通科技,2014,02:95.
[2]祝金忠.道桥工程混凝土裂缝原因及修复方式探讨[J].中国连锁,2014,04:240.
[3]高树峰.钢筋混凝土桥墩墩身裂缝的成因及修补方法[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2013,05:11-13.
[4]冀新红.混凝土墩身裂缝原因分析及控制措施[J].山西建筑,2010,34:135-137.