橋梁大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及其控制措施_工程管理

1、橋梁大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及其控制措施隨著國家建設(shè)投資的 進展 ，市政工程的投入進一步加大，各類橋梁在市政工程的應(yīng)用日益廣泛，大體積混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的越來越多，而且主要應(yīng)用于主要受力部分，但是，相應(yīng)暴露出來的問題也越來越多，其中，大體積混凝土的裂縫問題，尤為突出。本文通過現(xiàn)場施工管理，從設(shè)計，施工的角度，分析了造成橋梁結(jié)構(gòu)中大體積混凝土裂縫的緣由，并提出如何預防，檢查和處理大體積混凝土裂縫的主要的技術(shù)措施。0 引言在橋梁建筑和使用過程中，大體積混凝土裂縫常常消失。大體積混凝土的裂縫是由于大體積混凝土內(nèi)部應(yīng)力和外部荷載作用，以及溫度變化等因素作用下形成的。一般正常大氣條件下，荷載組合I

2、作用下寬度小于0.2mm的裂縫，荷載組合、作用下寬度小于0.25 mm的裂縫以及處于嚴峻暴露狀況下，寬度小于0.1mm的裂縫都屬于正常的工作裂縫。超出以上范圍的裂縫屬于非正常裂縫，終究會影響結(jié)構(gòu)物的耐久性。并且有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學因素的作用下，不斷擴展，不但會影響大體積混凝土表面的美觀、減小鋼筋的大體積混凝土愛護層厚度，而且易引發(fā)大體積混凝土面層剝落，加速鋼筋的銹蝕，降低大體積混凝土的抗凍性及耐久性，嚴峻時甚至發(fā)生垮塌事故，所以必需加以掌握。1 混凝土裂縫產(chǎn)生的緣由大體積混凝土結(jié)構(gòu)通常具有以下特點：混凝土是脆性材料，抗拉強度只有抗壓強度的1/10左右。大體積混凝土的斷面尺寸較大，

3、由于水泥的水化熱會使混凝土內(nèi)部溫度急劇上升;以及在以后的降溫過程中，在肯定的約束條件下會產(chǎn)生相當大的拉應(yīng)力。大體積混凝土結(jié)構(gòu)中通常只在表面配置少量鋼筋，或者不配鋼筋。因此，拉應(yīng)力要由混凝土本身來擔當。1.1 荷載引起的裂縫 大體積混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱為荷載裂縫，歸納起來主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。產(chǎn)生緣由有：對結(jié)構(gòu)進行 計算 時，計算模型不合理，結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際受力不符，荷載少算或漏算;內(nèi)力與配筋計算錯誤，結(jié)構(gòu)平安系數(shù)不夠;結(jié)構(gòu)設(shè)計未考慮施工的可行性，設(shè)計截面不足;鋼筋設(shè)計偏少或布置錯誤，結(jié)構(gòu)剛度不夠等。施工時不

4、加限制地堆放施工機具、材料;不了解預制結(jié)構(gòu)受力特點，隨便翻身、起吊、運輸、安裝;不按設(shè)計圖施工、擅自更改結(jié)構(gòu)施工挨次、轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)受力模式;未對結(jié)構(gòu)作疲憊強度驗算等。在使用階段，超過設(shè)計荷載的重型車輛過橋、車輛撞擊、發(fā)生大風、大雪、地震、爆炸等。1.2 溫度變化引起的裂縫 混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當外部環(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，當應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫的特征主要是表面裂縫的走向一般無 規(guī)律 性，深層或貫穿裂縫的走向一般與主筋平行或接近平行;裂縫寬度大小不一，受溫度變化的影響熱細冷寬。1.3 收縮引起的裂縫 大體積

5、混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的，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緣由，另外還有自身收縮和碳化收縮。收縮裂縫產(chǎn)生的主要緣由是由于混凝土快速干燥，混凝土內(nèi)水分的蒸發(fā)速率大于其泌水速率，在固體顆粒水面產(chǎn)生毛細管張力，混凝土自體收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土本身的抗拉強度而產(chǎn)生裂縫。收縮引起的裂縫是不規(guī)章斜裂縫，在鋼筋以上，似龜紋，常開頭消失在現(xiàn)澆混凝土后數(shù)周或數(shù)月之間。1.4 地基基礎(chǔ)變形引起的裂縫 基礎(chǔ)不勻稱沉降的主要緣由有：1.4.1 由于混凝土在塑性狀態(tài)下其基礎(chǔ)、支架等有不勻稱沉降，使局部混凝土變形受約束而產(chǎn)生裂縫。1.4.2 由于重力作用使混凝土中較重顆粒下沉而使水泥漿

6、上浮，當這種下沉受到鋼筋、模板作用時就會產(chǎn)生裂縫。1.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫 由于大體積混凝土質(zhì)量較差或愛護層厚度不足，混凝土愛護層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋四周混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋四周氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2倍4倍，從而對四周混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導致愛護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫。1.6 凍脹引起的裂縫 當大氣溫度低于零度時，吸水飽和的混凝土消失冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力;同時混凝土凝膠孔中的過冰水(結(jié)冰溫度在一

7、78以下)在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布，使混凝土 中膨脹力加大，混凝土強度降低，導致裂縫消失。2 大體積混凝土裂縫的掌握措施2.1 摻加外加料和外加劑 在大體積混凝土中摻入肯定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密實度，提高抗?jié)B力量，改善混凝土的工作度，降低最終收縮值，削減水泥用量。要降低大體積混凝土的水泥水化熱引起的內(nèi)部溫升，防止結(jié)構(gòu)消失溫度裂縫，利用粉煤灰作混凝土的摻合料是最有效的方法之一。外加劑可以從以下幾個方面來選擇。UFA膨脹劑，它可以等量替換水泥。并且是混凝土產(chǎn)生適度的膨脹。一方面保證混凝土的密實度，另一方面使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓力，以抵消混凝土中產(chǎn)生的部分拉應(yīng)力。2.2 大體積混凝土的骨料掌握

8、 在骨料的選擇上應(yīng)當選取粒徑大強度高級配好的骨料。這樣可以獲得較小的空隙率及表面積，從而削減水泥的用量，降低水化熱，削減干縮，減小了混凝土裂縫的開展。2.3 優(yōu)化大體積混凝土的設(shè)計 雖然大體積混凝土不布置鋼筋或者布筋較少，我們還是可以在裂縫易發(fā)生部位如孔洞四周以及轉(zhuǎn)角處布置一些斜筋，從而讓鋼筋代替混凝土擔當拉應(yīng)力，這樣可以有效的掌握裂縫的 進展 。為了避開裂縫的消失，在設(shè)計中利用中低強度底水泥充分利用混凝土的后期強度。在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中要特殊留意降低結(jié)構(gòu)的約束度。對于混凝土中鋼筋愛護層的厚度應(yīng)當盡量取較小值，由于愛護層的厚度愈大愈簡單發(fā)生裂縫。2.4 大體積混凝土的施工 混凝土施工包括混凝土的生

9、產(chǎn)、運輸、澆筑和溫度及表面愛護，是愛護大體積混凝土溫度裂縫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而熱應(yīng)力的掌握手段主要是掌握混凝土的內(nèi)外溫差T：T=Tp+Tr-Tf式中：Tp起始澆筑溫度;Tr水泥水化溫升;Tf自然或人工冷卻后澆筑塊的穩(wěn)定溫度。在溫度較高的狀況下進行施工，我們肯定要留意降低混凝土澆筑時的溫度?？梢栽谑┕がF(xiàn)場對堆在露天的砂石用布掩蓋，以削減陽光對其的輻射，同時對澆筑前的砂石用冷水降溫。在攪拌過程中向混凝土中添加冰水。以上這些措施都可以有效的降低混凝土的入模溫度。假如是在冬季進行施工，由于要防止早期混凝土被凍問題，所以要求混凝土澆筑時應(yīng)當具有較高的澆筑溫度。混凝土澆筑溫度在冬季施工時一般以510為宜，在澆筑混凝土以前還應(yīng)當對基礎(chǔ)及新混凝土接觸的冷壁用蒸汽預熱，對原材料應(yīng)視氣溫凹凸進行加熱。加熱石料時應(yīng)避開過熱和過分干燥，最高溫度不應(yīng)超過75。另外還要留