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橋梁施工中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防治對策

2009-12-11 09:39李健飛
中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2009年23期
關(guān)鍵詞:水泥橋梁荷載

李健飛 張 爽

摘要:造成橋梁出現(xiàn)裂縫的原因是多種多樣,非常復(fù)雜的,設(shè)計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力,均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫?;炷亮芽p產(chǎn)生的原因主要可分為兩大類:第一類在荷載的作用下,使橋梁的某個部位產(chǎn)生裂縫,但是很少見的,也是不允許出現(xiàn)的。第二類是由于變形荷載產(chǎn)生的裂縫,在橋梁砼施工中較為普遍。變形荷載的變形作用主要包括氣溫、水泥水化引起溫差使混凝土變形,地基不均勻下沉使混凝土開裂變形,預(yù)應(yīng)力梁施工中預(yù)應(yīng)力筋放張,不均勻受力使混凝土開裂變形等均屬變形荷載作用。

關(guān)鍵詞:裂縫

1 產(chǎn)生裂縫的因素:

1.1 荷載引起的裂縫

設(shè)計計算階段,結(jié)構(gòu)計算時不計算或部分漏算;計算模型不合理;結(jié)構(gòu)剛度不足;構(gòu)造處理不當。施工階段,不加限制地堆放施工機具、材料;不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)受力特點,隨意翻身、起吊、運輸、安裝;不按設(shè)計圖紙施工,擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序,改變結(jié)構(gòu)受力模式;不對結(jié)構(gòu)做機器振動下的疲勞強度驗算等。使用階段,超出設(shè)計載荷的重型車輛過橋;受車輛、船舶的接觸、撞擊等。

1.2 溫度變化引起的裂縫

引起溫度變化主要因素有:日照。水化熱。

1.3 收縮引起的裂縫

1.4 地基礎(chǔ)變形引起的裂縫

1.5 施工材料質(zhì)量引起的裂縫

1.5.1 水泥

水泥出廠時強度不足,水泥受潮或過期,可能使混凝土強度不足,從而導(dǎo)致混凝土開裂。當水泥含堿量較高(例如超過0.6%),同時又使用含有堿活性的骨料,可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)。

1.5.2 砂、石、集料

砂石的粒徑、級配不合理、雜質(zhì)含量。

砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強度,使混凝土收縮加大,如果使用超出規(guī)定的特細砂,后果更嚴重。

1.5.3 拌和水及外加劑。拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用含堿的外加劑,可能對堿骨料反應(yīng)有影響。

1.6 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

混凝土振搗不密實、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞,導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。

混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫,既塑性收縮裂縫。

混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分蒸發(fā)過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

混凝土初期養(yǎng)護時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

混凝土分層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。采用分段現(xiàn)澆時,先將混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結(jié)力小,或后澆混凝土養(yǎng)護不到位,導(dǎo)致混凝土收縮而引起裂縫。

施工時拆模過早,混凝土強度不足,使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

施工質(zhì)量控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料計量不準,結(jié)果造成混凝土強度不足和其他性能(和易性、密實度)下降,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

2 混凝土裂縫的防治

2.1 施工預(yù)防措施

對混凝土配合比設(shè)計,應(yīng)考慮高溫,高蒸發(fā)引起拌和物塌落度的損失;適當調(diào)整混凝土配合比增加用水量,加大水灰比,為避免混凝土強度下降可添加適量的高效減水劑。

橋梁工程所用水泥,多用普通硅酸鹽水泥,普通硅酸鹽水泥水化熱高,混凝土蒸發(fā)收縮凝固較快,使混凝土表面產(chǎn)生裂縫,為緩解混凝土急劇收縮可適當摻入緩凝劑。

酷暑高溫,混凝土拌和用水均在30攝氏度以上,為改善混凝土澆注后溫度過高,可在水中加冰塊降低混凝土拌和用水的溫度,或者在夜間施工,避過高溫烈日。

砂、碎石等材料在砼中所占比例80%左右,因此在高溫下必須采取遮陽灑水措施來降低砂、料石的使用溫度。

2.2 混凝土表面養(yǎng)護措施

高溫下鋼模板安裝后,由于裂縫在烈日下暴曬,溫度很高,所以在澆注砼前,對鋼模板外側(cè)灑水養(yǎng)護是必要的。降溫后,使砼表面不易粘模確?;炷帘砻婀鉂崱?/p>

砼表面澆注完畢后由于混凝土水化熱反映,鋼模板溫度很高,在鋼模板外壁采用草袋覆蓋,灑水降溫,效果也較為明顯。

拆模后混凝土表面應(yīng)立即用草袋覆蓋灑水養(yǎng)護,保證砼表面濕潤,對橋梁墩柱砼可采取塑料薄膜包裹養(yǎng)護,不因失去水過多而產(chǎn)生裂縫。

2.3 施工工藝措施

材料的控制。對原材料(鋼筋、水泥、砂、碎石、水等)都應(yīng)進行嚴格的抽樣檢驗。對混凝土配合比應(yīng)進行對比試驗,在高溫下或雨后施工對砂、碎石進行含水量實驗,及時調(diào)整施工配合比,確?;炷恋氖┕べ|(zhì)量。

混凝土拌和與澆注?;炷翍?yīng)嚴格按照配合比計量投料,拌和時間不應(yīng)小于1-2分鐘,使和易性好,不離析,不析水,運輸時間短,澆注時分層澆注,分層厚度不應(yīng)大于30cm。振搗時應(yīng)讓振搗棒插入前層5-10cm,振搗時間為1分鐘左右,直至排出氣泡為止。

砼塌落度的控制

混凝土運輸。在運輸過程中,混凝土不能離析,避免日曬雨淋,運輸時間不應(yīng)大于30分鐘。

加強砼養(yǎng)生。混凝土養(yǎng)生的方法有灑水養(yǎng)生、薄膜養(yǎng)生和蒸汽養(yǎng)生等。養(yǎng)生時間不應(yīng)少于7天。

3 對混凝土裂縫的處理

表面處理法。采用表面處理法進行修補,在混凝土表面沿裂縫涂抹樹脂保護膜。施工時先用鋼絲刷除去混凝土表面的附著物,再用清水清洗,干燥后,用油灰狀樹脂填充混凝土表面的凹癟部分后,再進行必要的涂抹。表面處理法包括表面涂抹和表面貼補法,表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細而淺的裂縫,深度未達到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫,不漏水的裂縫,不伸縮的裂縫以及不在活動的裂縫。表面貼補法適用于大面積漏水的防滲堵漏。

填充法。用修補材料直接填充裂縫,一般用來修補較寬的裂縫(0.3mm),作業(yè)簡單,費用低。寬度小于0.3mm,深度較淺的裂縫以及小規(guī)模裂縫的簡易處理可采用取開V型槽,然后作填充處理。對于橋面板中間帶上下貫通的裂縫,其上部采用注入施工法進行處理。沿裂縫7~8cm寬度的范圍內(nèi),用砂輪機和鋼絲刷去混凝土表面的游離石灰和灰塵等,并用洗凈劑清洗,然后加壓注入具有滲透性和粘著性的環(huán)氧樹脂,以此來填充混凝土裂縫,提高橋面板的防水性,防止鋼筋銹蝕及混凝土老化。

防止混凝土裂縫的主要控制技術(shù)

使用膨脹混凝土。由于混凝土的膨脹反應(yīng)貫穿于混凝土水化硬化的全過程,所以自收縮可以不考慮。

摻加合成纖維。由于鋼纖維混凝土價格昂貴,近幾年合成纖維逐步在工程中應(yīng)用。它與鋼纖維的區(qū)別在于:鋼纖維的阻裂效應(yīng)主要體現(xiàn)在阻止硬化混凝土破壞時的裂縫擴展上,使硬化混凝土在開裂后仍保持一定的抗拉強度,阻裂效應(yīng)作用的結(jié)果是提高了硬化混凝土的變形能力,使混凝土基材在破壞后仍保持一定的延性。聚丙烯腈纖維和聚丙烯纖維屬于合成纖維,阻裂效應(yīng)主要體現(xiàn)在消除或減輕了早期混凝土中原生裂隙的發(fā)生和發(fā)展,使混凝土的塑性收縮減小。相對于大體積混凝土來說,合成纖維混凝土更適用于大面積混凝土結(jié)構(gòu)中即它可用于阻止或盡量減少大面積混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的出現(xiàn)。合成纖維的加入,對混凝土性能的影響是全面的、綜合性的;其對早齡期混凝土體積穩(wěn)定性的提高,進而降低混凝土早期收縮裂縫這一特點的應(yīng)用價值最高。

結(jié)構(gòu)設(shè)計中,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件是允許帶裂縫工作的,問題不在有無裂縫,而在于出現(xiàn)什么樣的裂縫。當橋梁發(fā)生開裂現(xiàn)象后,應(yīng)從設(shè)計、施工及其使用狀況等各方面進行細致地調(diào)查測試及詳盡地分析,找出開裂的主要原因,分析裂縫的性質(zhì),預(yù)料其對結(jié)構(gòu)的危害性,判斷其需要修補或加固的緊迫性,最后采取合理、有效、經(jīng)濟的修補加固措施,使橋梁損傷尚在輕微時期就能得到修補,保證其正常地使用。

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