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橋梁橫梁裂縫原因淺析及處理

09-03 13:00:34  瀏覽次數:791次  欄目:交通工程
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  目前我國正處于交通基礎建設的快速發展時期,各地興建了大量的混凝土橋梁,取得了很多寶貴的實踐經驗,施工方案和機械化施工水平明顯提升,完成了一座座舉世矚目的大橋。但是在許多工程中由于各種原因致使橋梁出現質量事故的也不在少數,而由于混凝土裂縫而影響工程質量甚至造成橋梁直接倒塌的案例也不少見,因此作為工程技術人員必須對裂縫引起足夠的重視。

  裂縫產生的原因是多方面,并不是由單一原因造成的,它的多因性也經常困擾著工程技術人員,要想控制或減少裂縫的產生,有必要了解其產生機理,在施工中加以控制。

  浙江某大橋0號塊在支架上現澆,從當天上午開始澆注,第二天上午完成,共澆注時間約為25個小時。第四天開始拆模,在所有現澆支架均未拆除的情況下一拆模就發現有多條裂縫,寬度較大。根據檢測單位的檢測報告,最大的裂縫寬度達到1.4mm,而且是貫通的,橫梁的發展趨勢基本是從底面向上發展。

  1 裂縫產生原因綜述

  裂縫產生的形式和種類很多,正確判斷和分析混凝土裂縫的成因是有效控制和減少混凝土裂縫產生的最有效途徑。

  廣義上講,裂縫產生有兩種原因。一種是由荷載引起的,我們稱這種裂縫為結構性裂縫,是承載力不足的結果;另一種為由于變形受約束引起的,此類裂縫稱為非機構性裂縫,如溫度變化、混凝土收縮、基礎不均勻沉降等因素引起的變形,當變形受到約束,在結構內部產生次應力,由于混凝土的早期抗拉強度比較低,因此產生的次應力很容易就超過了混凝土的抗拉強度,引起混凝土開裂。

  1.1 混凝土的收縮

  收縮是混凝土的一個主要特性,對混凝土的性能有很大影響。由于收縮而產生的微觀裂縫一旦發展,則有可能引起結構物的開裂、變形甚至破壞。產生收縮裂縫的原因,一般認為在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起混凝土收縮而產生的裂縫。多為規則的條狀,很少交叉。研究結果表明混凝土干縮率大體在(2~10)/萬的范圍內。收縮裂縫多發生在混凝土表面上,裂縫較淺而細,對于高度較大的預應力混凝土梁,一般在腰部產生豎向裂縫,且多集中在構件的中部,中間寬兩頭窄,至梁的上緣及下緣逐漸消失,呈“棗核”形。如養護不周、時干時濕,表面干縮形變受到內部混凝土的約束,也往往導致裂縫。

  1.2 混凝土材料及配合比

  配合比設計不當直接影響混凝土的抗拉強度,是造成混凝土開裂不可忽視的原因。配合比不當指水泥用量過大,水灰比大,含砂率不適當,骨料種類不佳,選用外加劑不當等,這幾個因素是互相關聯的。有關試驗資料顯示:用水量不變時,水泥用量每增加10%,混凝土收縮增加5%;水泥用量不變時,用水量每增加10%,混凝土強度降低20%,混凝土與鋼筋的粘結力降低10%.總結的原因有如下方面:

  (1) 粗細集料含泥量過大,造成混凝土收縮增大。集料顆粒級配不良或采取不恰當的間斷級配,容易造成混凝土收縮的增大,誘導裂縫的產生;

  (2) 骨料粒徑越細、針片含量越大,混凝土單方用灰量、用水量增多,收縮量增大;

  (3) 混凝土外加劑、摻和料選擇不當、或摻量不當,嚴重增加混凝土收縮;

  (4) 水泥品種原因,礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大。

  1.3 施工及現場養護原因

  (1) 現場澆搗混凝土時,振搗或插入不當,漏振、過振或振搗棒抽撤過快,均會影響混凝土的密實性和均勻性,誘導裂縫的產生。

  (2) 高空澆注混凝土,風速過大、烈日暴曬,混凝土收縮值大。

  (3) 大體積混凝土澆注,對水化計算不準、現場混凝土降溫及保溫工作不到位,引起混凝土內部溫度過高或內外溫差過大,混凝土產生溫度裂縫。

  (4) 現場養護措施不到位,混凝土早期脫水,引起收縮裂縫。

  (5) 現場模板拆除不當,引起拆模裂縫或拆模過早。

  這些因素都會造成混凝土較大的收縮,致使混凝土微觀裂縫迅速擴展,形成宏觀裂縫。

  養護是使混凝土正常硬化的重要手段,養護條件對裂縫的出現有著關鍵的影響。

  1.4 外界因素

  支架不均勻沉降,產生沉降裂縫。

  1.5 溫度裂縫

  混凝土硬化中,水泥放出大量水化熱(內部溫度可達70℃),造成其內外溫差大,表面受內部混凝土的約束,將產生很大應力,使混凝土因早期強度低而產生裂縫。因此,為防治水化熱引起的裂縫,施工前應計算升溫峰值、內外溫差及降溫速率,制定相應的技術措施,防止和控制溫度裂縫,確保工程質量。混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢,但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化。

  在混凝土的施工中,為了提高模板的周轉率,往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模,在表面引起很大的拉應力,出現“溫度沖擊”現象。在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發,表面引起相當大的拉應力,此時表面溫度亦較氣溫為高,此時拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應力,與水化熱應力迭加,再加上混凝土干縮,表面的拉應力達到很大的數值,就有導致裂縫的危險,應該采取以下控制溫度的措施。

  (1)采用改善骨料級配,用干硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。

  (2)降低混凝土入模溫度。

  a、降低原材料進入攪拌機的溫度如夏季在水箱內加冰塊,降低水溫;粗骨料遮陽防曬,并灑冷水降溫;細骨料遮陽防曬;散裝水泥提前儲備,避免新出廠水泥溫度過高。采取以上措施最大限度降低混凝土出機溫度。

  b、夏季混凝土運輸車加保溫套或對罐體噴淋冷水降溫。混凝土泵送管道遮陽防曬。

  c、混凝土澆筑作業面遮陽,減少混凝土冷量損失。

  d、控制澆注溫度。應調整施工時間,盡量選擇低溫及夜間施工;考慮到冷量損失在澆注過程中影響較大,因此要加快運輸,縮短澆注時間。

  (3)降低混凝土水化熱。

  a、選擇中低熱品種水泥,優先選用礦渣硅酸鹽水泥。

  b、摻人一定比例的粉煤灰。

  c、摻人高效減水劑。

  d、摻加緩凝劑。

  e、熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱。

  (4)控制混凝土的出機溫度。

  對混凝土出機溫度影響大的是石子和水的溫度,砂的溫度次之,水泥的溫度影響最小。氣溫較高時,為防止陽光直接照射,砂石堆應設遮陽棚,并噴冷水降溫。拌合用水可加冰,使水溫度控制在5℃,混凝土出機溫度應控制在18-20℃為宜。

  (5)規定合理的拆模時間。

  此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強養護,防止表面干縮,特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要,應特別注意避免產生貫穿裂縫,出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的,因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發生為主。

  為保證混凝土工程質量,防止開裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑(如微膨脹劑、減水防裂劑)也是減少開裂的措施之一。

  使用減水防裂劑的其主要作用為:

  a. 混凝土中存在大量毛細孔道,水蒸發后毛細管中產生毛細管張力,使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力,但會使混凝土強度降低;

  b. 水灰比是影響混凝土收縮的重要因素,使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%;

  c. 水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素,摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15%的水泥用量,其體積用增加骨料用量來補充;

  d. 減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少沉縮變形;

  e. 提高水泥漿與骨料的粘結力,提高混凝土的抗裂性能;

  f. 混凝土在收縮時受到約束產生拉應力,當拉應力大于混凝土抗拉強度時裂縫就會產生。減水防裂劑可有效的提高混凝土抗拉強度,大幅提高混凝土的抗裂性能;

  g. 摻加外加劑可使混凝土密實性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,減少碳化收縮;

  h. 摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當,在有效防止水泥迅速水化放熱基礎上,避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。

  2 大橋裂縫產生的主要原因

  裂縫產生后業主及時組織專家及相關人員赴現場查看,對裂縫產生的原因進行了分析,認為橫梁裂縫是多種因素綜合影響的結果,主要包括施工工藝、氣溫條件、混凝土材性、支架系統以及混凝土水化熱影響等因素。但是主要的原因是:1、現場施工氣溫高,最高時達40℃以上,風速大濕度低,加上高標號混凝土產生的大量水化熱以及烈日暴曬,致使梁體的內外溫差遠遠超過25℃。2、混凝土的初凝時間僅為3小時,遠小于澆筑時間,上層混凝土在澆筑的過程中,下層混凝土已經初凝,在荷載的作用下就會出現裂縫。

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