橋梁混凝土裂縫分析
2015-05-25
橋梁施工、使用過程中,大小程度不一的混凝土裂縫經(jīng)常出現(xiàn)。其形成多是由混凝土內(nèi)部應(yīng)力和外部荷載相互作用引起,以及內(nèi)外部環(huán)境溫度的變化引發(fā)。正常環(huán)境氣溫條件,的寬度小于0.2mm混凝土裂縫基本都是由荷載組合I作用引起,而寬度小于0.25mm的混凝土裂縫則是由荷載組合Ⅱ、Ⅲ作用引起,另外由于嚴重暴露產(chǎn)生的寬度小于0.1mm的混凝土裂縫,都被界內(nèi)認為是正常裂縫。對于超出以上原因、范圍的引起的混凝土裂縫,都被認為是非正常裂縫,長期存在會嚴重影響橋梁結(jié)構(gòu)物的耐久使用性。并且有些裂縫會在荷載及外界因素作用下,發(fā)生進一步擴展,一方面影響混凝土外觀美觀、減少鋼筋混凝土的外保護層厚度;另一面則會加速混凝土脫落,引發(fā)與加速混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕,嚴重者可導(dǎo)致橋梁垮塌事故,因此需要加以嚴格控制及進行必要的修復(fù)。
1 混凝土裂縫特性及產(chǎn)生的原因
1.1 荷載引起裂縫
引起荷載裂縫的結(jié)構(gòu)原因有多個方面,一是橋梁結(jié)構(gòu)計算過程中計算模型選擇的不合理,少算或者漏算荷載,導(dǎo)致橋梁實際受力小于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計受力;二是橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力、鋼筋數(shù)量計算錯誤等導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)不足;三是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中缺乏對施工可行性的充分考慮,導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)存在剛度缺陷。除結(jié)構(gòu)原因外,還存在外部原因引起,一是未正式交付使用前的施工中隨意的堆放機械、工具、建筑材料;在沒有充分了解橋梁結(jié)構(gòu)受力特點情況下,隨意的起吊、安裝、運輸機械,大幅度的改度橋梁外部受力引發(fā)裂縫;二是橋梁施工中隨意更改程序、結(jié)構(gòu)受力模式,不按施工圖紙施工,導(dǎo)致橋梁存在受力缺陷;三是使用過程中不注意對橋梁進行保護,超載重型車輛過橋、或者遭受車輛撞擊,以及地震環(huán)境自然災(zāi)害影響,使混凝土產(chǎn)生裂縫。
1.2 溫度變化引起裂縫
溫度變化引起的混凝土裂縫,可以分為表面裂縫和深層、貫穿性裂縫。表面裂縫走向一沒有規(guī)律性;深層、貫穿裂縫走向有一定的規(guī)律性,基本是平行或者接近平行于主筋方向。溫度裂縫產(chǎn)生原因主要有兩個方面,一是由于大的的溫差變化引起。如由水泥水化作用放熱引起的混凝土部溫度急劇升高,內(nèi)外溫差加大,產(chǎn)生裂縫,這些裂縫多為表面裂縫,特別是冬季環(huán)境下較容易出現(xiàn);二是同樣由于溫差值過大,但外界給予了過多約束,引起混凝土的深度開裂形成深層、貫穿裂縫。
1.3 地基變形引起裂縫
地基變形裂縫多出現(xiàn)在混凝土澆筑10min～3h內(nèi),位置在鋼筋上方。地基變形多是指地基不均勻沉降。原因主要有以幾個方面,一是混凝土塑性狀態(tài)下其基礎(chǔ)、支架等發(fā)生不均勻沉降,導(dǎo)致局部混凝土受約束變形而產(chǎn)生裂縫;二是混凝土重力作用導(dǎo)致混凝土中較重成分顆?？焖傧鲁?、泥漿上浮,導(dǎo)致鋼筋急劇受力或者急劇擠壓模板,導(dǎo)致鋼筋、模板變形,引發(fā)混凝土裂縫。
1.4 鋼筋銹蝕引起裂縫
鋼筋銹蝕多是由于其表面碳化引起,而鋼筋表面碳化則是因為混凝土堿度改變,原因可能是氯化物滲入、鋼筋周圍氯離子濃度升高,破壞鋼筋外表氧化膜,鐵離子與空氣中的氧氣、水分反應(yīng),發(fā)生銹蝕。發(fā)生銹蝕的鋼筋會增大凝土外表面的張力,使混凝土保護層開裂,產(chǎn)生縱向貫穿裂縫。
1.5 凍脹引起裂縫
凍脹裂縫多發(fā)冬季,當(dāng)環(huán)境溫度下降至零度以下時,混凝土中的水由于冰凍發(fā)生游離變成冰,一般情況下水變成冰體積約增大9%,增大混凝土內(nèi)部張力。
混凝土凝膠孔中存在的過冰水也會在微觀結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化,產(chǎn)生遷移或者重分布,增大混凝土膨脹力,降低混凝土強度,導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。
2 混凝土主要裂縫防護處理措施
2.1 荷載裂縫的防護處理
使用合理的計算模型計算橋梁結(jié)構(gòu);施工場地禁止堆放大型施工器具,限制超載車輛過橋,特別是新澆筑混凝土橋梁工程。
2.2 溫度裂縫的防護處理
合理安排混凝土澆注整度、順序,避免澆注內(nèi)外部環(huán)境出現(xiàn)大幅溫差,特別冬季施工,有對其采取覆蓋等保溫措施,而夏季施工則需要對骨料灑水及時降溫。
2.3 基礎(chǔ)變形裂縫的防護處理
對由于基礎(chǔ)變形引起的混凝土裂縫的防護、處理,可以改進設(shè)計支架結(jié)構(gòu)、科學(xué)的搭設(shè)支架,妥善處理支架預(yù)壓、非彈性變形問題;防止混凝土裂縫發(fā)生。同時,可以通過適當(dāng)減少摻水量,防止混凝土發(fā)生泌水。在保證混凝土保護層厚度的基礎(chǔ)上,要進行必要的二次抹面等。
2.4 鋼筋銹蝕裂縫的防護處理
首先,科學(xué)控制混凝土的水灰比,澆筑過程中加大振搗力度,保證混凝土澆筑密實、完好;其次,防止高堿度、有害元素離子入侵至混凝土內(nèi)部,特別是對氯鹽及其它外加劑的預(yù)房;第三,在混凝土用水上要注意水質(zhì)腐蝕性,腐蝕性過強的水會加速鋼筋氧化銹蝕。
2.5 凍脹裂縫的防護處理
凍脹裂縫的預(yù)防,主要是保證施工過程中混凝土的溫度,使其能良硬化。具體方法,如:暖棚法、電氣加熱法、蒸汽加熱法、地下蓄熱法等;也可以將適量的防凍劑放入混凝土中,提高防凍能力,在冬季施工條件下,要特別加強保溫防護措施力度。
3 結(jié)語
混凝土裂縫已經(jīng)橋梁施工、使用過程中最常見現(xiàn)象之一,其也一直困擾著相關(guān)橋梁工程設(shè)計、施工人員。針對此問題,對其產(chǎn)生原因及有效防護處理進行分析研究,旨在促使相關(guān)人員更加科學(xué)正確地認識、分析橋梁工程混凝土裂縫成因,采取必要的防治措施,避免裂縫產(chǎn)生,具有重要意義。
