道橋施工中混凝土的常見問題

張士才

摘要:混凝土橋梁已在我國得到廣泛的應用,它的施工方法、施工工藝與施工過程中都有其自身的特點。通過論述分析混凝土技術在橋梁施工中常見的問題及成因分析,提出了相關問題的解決措施。

關鍵詞:混凝土;橋梁;裂縫;溫度

1 混凝土橋梁常見的問題及成因分析

1.1 橋梁裂縫分析

混凝土橋梁裂縫是橋梁面臨的最主要的問題,它產生的原因復雜多變,有多種因素的相互影響,但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要原因,就其產生的原因,大致可劃分為以下幾類:

1.1.1 荷載引起的裂縫

混凝土橋梁荷載引起的裂縫主要分為直接應力裂縫和次應力裂縫兩種。直接應力裂縫產生的原因有:設計階段:計算模型不合理;結構受力假設與實際情況不吻合;結構安全系數不夠;結構剛度不足;構造處理不當;荷載少算或漏算;設計斷面不足;內力與配筋計算錯誤;鋼筋設置偏少或布置錯誤;結構設計沒有考慮施工的可能性;設計圖紙交代不清等;施工階段:不加限制地堆放施工機具、材料;不了解預制構件的結構受力特點,隨意翻身、起吊、運輸、安裝;不按設計圖紙施工;擅自更改結構施工順序,改變結構受力模型;不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等;使用階段:超出設計載荷的重型車輛過橋;受車輛、船舶的接觸和撞擊;發生大風、大雪、地震、爆炸等。

次應力裂縫產生的原因有:在設計外荷載作用下,由于結構物的實際工作狀態同常規計算有出入或計算考慮不周,從而在某些部位引起次應力導致結構開裂;橋梁結構中經常需要開槽、鑿洞、設置牛腿等,在常規計算中難以用準確的圖形進行模擬受力計算,通常都根據經驗布置受力鋼筋,而大量研究表明,受力構件挖孔之后,力流將會產生繞射現象,在孔洞附近密集,產生巨大的應力集中。

1.1.2 溫度變化引起的裂縫

眾所周知,混凝土具有熱脹冷縮的特性。當環境或結構內部溫度發生變化時,混凝土會發生變形。引起混凝土溫度變化的主要因素有:年溫差,一年四季溫度不斷變化,由于變化相對緩慢,對橋梁結構的影響主要是導致橋梁的縱向位移產生;橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后,溫度會大大高于其它部位,導致溫度梯度呈明顯的非線形分布,由于受到自身約束力的作用,導致局部的拉應力較大,出現裂縫;有時候突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可以導致橋梁混凝土結構外表面溫度突然下降,而內部的溫度變化相對較慢而產生溫度梯度,由此造成應力變化而出現裂縫。

1.1.3 收縮引起的裂縫

在大量的橋梁工程施工過程中,混凝土因收縮而引起的裂縫是最普遍的。在混凝土收縮的種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發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兩種情形。

塑性收縮。混凝土澆筑施工后的4~5h左右,此時水泥的水化反應開始劇烈,分子鏈逐漸形成,出現泌水和水分急劇蒸發現象,混凝土發生失水收縮,同時骨料因自重下沉,形成收縮。在構件的豎向變截面處如T梁、箱梁的腹板與頂板、底板的交接處,因硬化前沉實的不均勻多會產生表面的順腹板方向的裂縫。

縮水收縮(干縮)?；炷两Y硬以后,隨著表層水分的不斷蒸發,濕度逐步降低,導致混凝土的體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。由于混凝土表層的水分損失快,而內部損失慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當表面混凝土承受的拉力超過其抗拉強度時,即會產生收縮裂縫。

1.1.4 此外,引起橋梁出現裂縫的原因還有混凝土鋼筋受到銹蝕,施工材料質量較差,施工工藝落后等。

1.2 橋梁混凝土表面蜂窩麻面問題及成因分析

混凝土橋梁表面蜂窩狀也是橋梁的一大問題。它形成的主要原因是:

混凝土含氣量過大,而且引氣劑質量欠佳。由于目前使用的各種引氣劑性能有較大的差異,因此在混凝土中呈現的狀態也不盡相同,有的引氣劑在混凝土中會形成較大的氣泡,而且表面能較低,很容易形成聯通性大氣泡,如果再加上振動不合理,大氣泡不能完全排出,肯定會給硬化混凝土結構表面造成蜂窩麻面。

混凝土配合比不當,混凝土過于黏稠,振搗時氣泡很難排出。由于混凝土配合比不當,導致新拌混凝土過于粘稠,使混凝土在攪拌時就會裹入大量氣泡,即使振搗合理,氣泡在粘稠的混凝土中排出也十分困難,因此導致硬化混凝土結構表面出現蜂窩麻面。

由于混凝土和易性較差,產生離析泌水。為了防止混凝土分層,混凝土入模后不敢充分振搗,大量的氣泡排不出來,也會導致硬化混凝土結構表面出現蜂窩麻面。

不合理使用脫模劑也是造成硬化混凝土結構表面蜂窩麻面的重要原因。

2 混凝土橋梁常見的問題的解決對策

2.1 改進施工技術,加強技術管理。橋梁施工技術管理是消除橋梁常見問題的前提條件。我們可以在施工前加強原材料的檢驗、試驗工作,施工中嚴格按照方案及交底的要求指導施工,明確分工,責任到人,加強計量監測工作,定時檢查并做好詳細記錄,認真對待澆筑過程中可能出現的冷縫,并采取措施加以杜絕,在實施的過程中,必須嚴格根據施工方案落實到位,加強插筋位置的振搗、抹壓、養護,同時加強初凝前的抹壓,可以消除初期裂縫,并可提高混凝土的抗拉強度。

2.2 對橋梁裂縫的解決措施

溫度控制是預防橋梁產生裂縫的主要措施,主要有以下幾種:拌合混凝土時用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。夏天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱。在混凝土中埋設水管,通入冷水進行內部降溫。嚴格控制混凝土的入模溫度。橋梁的大體積混凝土澆筑最宜選在春秋季節施工,如果必須在夏季施工應采取有效措施降低入模溫度,同時澆筑混凝土時最好不要讓混凝土在太陽下直接暴曬?？刂坪貌鹉r間,氣溫驟降時進行表面保溫,避免混凝土表面產生急劇的溫度梯度。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。新澆筑的混凝土如早期拆模,在表面會引起很大的拉應力,出現“溫度沖擊”現象,與水化熱應力疊加后再加上混凝土的干縮,表面的拉應力會達到很大的數值,有導致裂縫產生的危險。如果需要早期拆模,則在拆除模板后應及時在表面覆蓋一層輕型保溫材料,這些對于防止混凝土表面產生過大的拉應力有著顯著的效果。

2.3 加強混凝土的早期養護

混凝土的早期養護,主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達到兩個方面的效果,一方面使混凝土免受不利溫度、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和干縮,另一方面使水泥水化作用順利進行,以期達到設計的強度和抗裂能力。適宜的溫濕度條件是相互關聯的,混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。

參考文獻

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[2]陳寶春,孫潮,陳友杰,橋梁轉體施工方法在我國的應用與發展[J].公路交通科技,2001,(2).