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      橋梁施工造成裂縫的原因及分析

      2011-12-20 03:49:24陳君
      城市建設(shè)理論研究 2011年23期
      關(guān)鍵詞:水化骨料構(gòu)件

      陳君

      摘要:隨著建筑業(yè)的迅猛發(fā)展,混凝土橋梁在工程質(zhì)量中占有的比重愈來愈大,混凝土裂縫問題經(jīng)常困擾著施工人員, 以下從5大方面分析了橋梁施工技術(shù)方面橋梁裂縫產(chǎn)生的原因,以方便施工人員找出控制裂縫的可行方法,從而預(yù)防橋梁裂縫的產(chǎn)生,確保混凝土橋梁的質(zhì)量。

      關(guān)鍵詞:混凝土橋梁施工技術(shù) 裂縫技術(shù)質(zhì)量控制

      本文就混凝土橋梁裂縫的種類,就其產(chǎn)生的原因,大致可劃分如下幾種。

      1施工材料質(zhì)量引起的裂縫

      1.1水泥

      1)水泥安定性不合格,水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)。氧化鈣在凝結(jié)過程中水化很慢,在水泥混凝土凝結(jié)后仍然繼續(xù)起水化作用,可破壞已硬化的水泥石,使混凝土抗拉強(qiáng)度下降。2)水泥出廠時(shí)強(qiáng)度不足,水泥受潮或過期,可能使混凝土強(qiáng)度不足,從而導(dǎo)致混凝土開裂。3)當(dāng)水泥含堿量較高(例如超過0.6%),同時(shí)又使用含有堿活性的骨料,可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)。

      1.2砂、石骨料

      砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導(dǎo)致水泥和拌合水用量加大,影響混凝土的強(qiáng)度,使混凝土收縮加大,如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂,后果更嚴(yán)重。

      1.3拌合水及外加劑

      拌合水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時(shí)對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水制混凝土,或采用含堿的外加劑,可能對堿骨料反應(yīng)有影響。

      2施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

      2.1混凝土保護(hù)層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚,導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

      2.2混疑土振搗不密實(shí)、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞,導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫的起源點(diǎn)。

      2.3混凝土澆筑過快,其流動性較低,在硬化前因混凝土沉實(shí)不足,硬化后沉實(shí)過大,容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫,即塑性收縮裂縫。

      2.4混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長,使水分蒸發(fā)過多,引起混凝土坍落度過低,使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

      2.5混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)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。

      2.6用泵送混凝土施工時(shí),為保證混凝土的流動性,增加水和水泥用量,或因其他原因加大了水灰比,導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時(shí)收縮量增加,使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

      2.7混凝土分層或分段澆筑時(shí),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。如混凝土分層澆筑時(shí),后澆混凝土因停電、下雨等原因未在前澆混凝土初凝前澆筑,引起層面之間的水平裂縫;采用分段現(xiàn)澆時(shí),先澆混凝土接觸面鑿毛、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(hù)不到位,導(dǎo)致混凝土收縮而引起裂縫。

      2.8混凝土早期受凍,使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋,或局部剝落,或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。

      2.9施工時(shí)模板剛度不足,在澆筑混凝土?xí)r,由于側(cè)向壓力的作用使得模板變形,產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。

      2.10施工時(shí)拆模過早,混凝土強(qiáng)度不足,使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

      2.11施工前對支架壓實(shí)不足或支架剛度不足,澆筑混凝土后支架不均勻下沉,導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

      2.12裝配式結(jié)構(gòu),在構(gòu)件運(yùn)輸、堆放時(shí),支承墊木不在一條垂直線上,或懸臂過長,或運(yùn)輸過程中劇烈顛撞;吊裝時(shí)吊點(diǎn)位置不當(dāng),T梁等側(cè)向剛度較小的構(gòu)件,側(cè)向無可靠的加固措施等,均可能產(chǎn)生裂縫。

      2.13安裝順序不正確,對產(chǎn)生的后果認(rèn)識不足,導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。

      2.14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(jì)量不準(zhǔn),結(jié)果造成混凝土強(qiáng)度不足和其他性能(和易性、密實(shí)度)下降,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

      3鋼筋銹蝕引起的裂縫

      由于銹蝕,使得鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結(jié)構(gòu)承載力下降并將誘發(fā)其他形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

      要防止鋼筋銹蝕,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護(hù)層厚度(當(dāng)然保護(hù)層亦不能太厚,否則構(gòu)件有效高度減小,受力時(shí)將加大裂縫寬度);施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的水灰比,加強(qiáng)振搗,保證混凝土密實(shí)性,防止氧氣侵人,同時(shí)嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量,沿海地區(qū)或其他存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。

      4溫度變化引起的裂縫

      4.1溫度變化引起的裂縫

      混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì),當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化,混凝土將發(fā)生變形,若變形遭到約束,則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中,溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出活載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。引起溫度變化主要因素有:

      4.1日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后,溫度明顯高于其它部位,溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用,導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大,出現(xiàn)裂縫。日照和下述驟然降溫是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見原因。

      4.2驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降,佃因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度。日照和驟然降溫內(nèi)力計(jì)算時(shí)可采用設(shè)計(jì)規(guī)范或參考實(shí)際資料進(jìn)行,混凝土彈性模量不考慮折減。

      4.3水化熱。1)出現(xiàn)在施工過程中,大體積混凝土(厚度超過20米)澆筑之后由于水泥水化放熱,致使內(nèi)部溫度很高,內(nèi)外溫差太大,致使表面出現(xiàn)裂縫。2)蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)施工措施不當(dāng),混凝土驟冷驟熱,內(nèi)外溫度不均,易出現(xiàn)裂縫。3)預(yù)制T梁之間橫隔板安裝時(shí),支座預(yù)埋鋼板與調(diào)平鋼板焊接時(shí),若焊接措施不當(dāng),鐵件附近混凝土容易燒傷開裂。采用電熱張拉法張拉預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時(shí),預(yù)應(yīng)力鋼材溫度可升高至35℃,混凝土構(gòu)件也容易開裂。

      施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,盡量選擇水化熱低的水泥品種,限制水泥單位用量,減少骨料入模溫度,降低內(nèi)外溫差,并緩慢降溫,必要時(shí)可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部散熱,或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。

      4.4蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)施工措施不當(dāng),混凝土驟冷驟熱,內(nèi)外溫度不均,易出現(xiàn)裂縫

      5收縮引起的裂縫

      在實(shí)際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和炭化收縮。塑性收縮。發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4~5小時(shí)左右,此時(shí)水泥水化反應(yīng)激烈,分子鏈逐漸形成,出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā),混凝土失水收縮,同時(shí)骨料因自重下沉,因此時(shí)混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大可達(dá)1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)件豎向變截面處如T梁、箱梁腹板與頂?shù)装褰唤犹?,因硬化前沉?shí)不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮,施工時(shí)應(yīng)控制水灰比,避免過長時(shí)間的攪拌,下料不宜太快,振搗要密實(shí),豎向變截面處宜分層澆筑??s水收縮(干縮)?;炷两Y(jié)硬以后,隨著表層水分逐步蒸發(fā),濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失快,內(nèi)部損失慢,因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí),便產(chǎn)生收縮裂縫?;炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構(gòu)件(超過3%),鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯,凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋?;炷潦湛s裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細(xì),且縱橫交錯(cuò),成龜裂狀,形狀沒有任何規(guī)律。研究表明,影響混凝土收縮裂縫的主要因素有:

      5.1水泥品種、標(biāo)號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高,普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標(biāo)號越低、單位體積用量越大、磨細(xì)度越大,則混凝土收縮越大,且發(fā)生收縮時(shí)間越長。

      5.2骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小,含水量大收縮越大。

      5.3水灰比。用水量越大,水灰比越高,混凝土收縮越大。

      5.4外摻劑。外摻劑保水性越好,則混凝土收縮越小。

      5.5養(yǎng)護(hù)方法。良好的養(yǎng)護(hù)可加速混凝土的水化反應(yīng),獲得較高的混凝土強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時(shí)保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長,則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護(hù)方式比自然養(yǎng)護(hù)方式混凝土收縮要小。

      5.6外界環(huán)境。大氣中濕度小、空氣干燥、溫度高、風(fēng)速大,則混凝土水分蒸發(fā)快,混凝土收縮越快。

      5.7振搗方式及時(shí)間。機(jī)械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時(shí)間應(yīng)根據(jù)機(jī)械性能決定,一般以5~ 15s/次為宜。時(shí)間太短.振搗不密實(shí),形成混凝土強(qiáng)度不足或不均勻時(shí)間太長,造成分層,粗骨料沉入底層,細(xì)骨料留在上層,強(qiáng)度不均勻,上層易發(fā)生收縮裂縫。

      結(jié)束語;

      綜上所述,混凝土產(chǎn)生裂縫不是不可避免的,因此從整個(gè)生產(chǎn)過程材料、設(shè)計(jì)、施工多方面入手,進(jìn)行預(yù)防和控制,實(shí)踐證明,是可以有效控制的。

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