橋梁施工中混凝土裂縫產生的原因及防治對策

李健飛 張 爽

摘要:造成橋梁出現裂縫的原因是多種多樣,非常復雜的,設計疏漏、施工低劣、監理不力,均可能使混凝土橋梁出現裂縫。混凝土裂縫產生的原因主要可分為兩大類:第一類在荷載的作用下,使橋梁的某個部位產生裂縫,但是很少見的,也是不允許出現的。第二類是由于變形荷載產生的裂縫,在橋梁砼施工中較為普遍。變形荷載的變形作用主要包括氣溫、水泥水化引起溫差使混凝土變形,地基不均勻下沉使混凝土開裂變形,預應力梁施工中預應力筋放張,不均勻受力使混凝土開裂變形等均屬變形荷載作用。

關鍵詞:裂縫

1 產生裂縫的因素:

1.1 荷載引起的裂縫

設計計算階段,結構計算時不計算或部分漏算;計算模型不合理;結構剛度不足;構造處理不當。施工階段,不加限制地堆放施工機具、材料;不了解預制結構受力特點,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,改變結構受力模式;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、撞擊等。

1.2 溫度變化引起的裂縫

引起溫度變化主要因素有:日照。水化熱。

1.3 收縮引起的裂縫

1.4 地基礎變形引起的裂縫

1.5 施工材料質量引起的裂縫

1.5.1 水泥

水泥出廠時強度不足,水泥受潮或過期,可能使混凝土強度不足,從而導致混凝土開裂。當水泥含堿量較高(例如超過0.6%),同時又使用含有堿活性的骨料,可能導致堿骨料反應。

1.5.2 砂、石、集料

砂石的粒徑、級配不合理、雜質含量。

砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強度,使混凝土收縮加大,如果使用超出規定的特細砂,后果更嚴重。

1.5.3 拌和水及外加劑。拌和水或外加劑中氯化物等雜質含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用含堿的外加劑,可能對堿骨料反應有影響。

1.6 施工工藝質量引起的裂縫

混凝土振搗不密實、不均勻,出現蜂窩、麻面、空洞,導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。

混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易在澆筑數小時后發生裂縫,既塑性收縮裂縫。

混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分蒸發過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現不規則的收縮裂縫。

混凝土初期養護時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現不規則的收縮裂縫。

混凝土分層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫。采用分段現澆時,先將混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結力小,或后澆混凝土養護不到位,導致混凝土收縮而引起裂縫。

施工時拆模過早,混凝土強度不足,使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。

施工質量控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料計量不準,結果造成混凝土強度不足和其他性能(和易性、密實度)下降,導致結構開裂。

2 混凝土裂縫的防治

2.1 施工預防措施

對混凝土配合比設計,應考慮高溫,高蒸發引起拌和物塌落度的損失;適當調整混凝土配合比增加用水量,加大水灰比,為避免混凝土強度下降可添加適量的高效減水劑。

橋梁工程所用水泥,多用普通硅酸鹽水泥,普通硅酸鹽水泥水化熱高,混凝土蒸發收縮凝固較快,使混凝土表面產生裂縫,為緩解混凝土急劇收縮可適當摻入緩凝劑。

酷暑高溫,混凝土拌和用水均在30攝氏度以上,為改善混凝土澆注后溫度過高,可在水中加冰塊降低混凝土拌和用水的溫度,或者在夜間施工,避過高溫烈日。

砂、碎石等材料在砼中所占比例80%左右,因此在高溫下必須采取遮陽灑水措施來降低砂、料石的使用溫度。

2.2 混凝土表面養護措施

高溫下鋼模板安裝后,由于裂縫在烈日下暴曬,溫度很高,所以在澆注砼前,對鋼模板外側灑水養護是必要的。降溫后,使砼表面不易粘模確保混凝土表面光潔。

砼表面澆注完畢后由于混凝土水化熱反映,鋼模板溫度很高,在鋼模板外壁采用草袋覆蓋,灑水降溫,效果也較為明顯。

拆模后混凝土表面應立即用草袋覆蓋灑水養護,保證砼表面濕潤,對橋梁墩柱砼可采取塑料薄膜包裹養護,不因失去水過多而產生裂縫。

2.3 施工工藝措施

材料的控制。對原材料(鋼筋、水泥、砂、碎石、水等)都應進行嚴格的抽樣檢驗。對混凝土配合比應進行對比試驗,在高溫下或雨后施工對砂、碎石進行含水量實驗,及時調整施工配合比,確保混凝土的施工質量。

混凝土拌和與澆注。混凝土應嚴格按照配合比計量投料,拌和時間不應小于1-2分鐘,使和易性好,不離析,不析水,運輸時間短,澆注時分層澆注,分層厚度不應大于30cm。振搗時應讓振搗棒插入前層5-10cm,振搗時間為1分鐘左右,直至排出氣泡為止。

砼塌落度的控制

混凝土運輸。在運輸過程中,混凝土不能離析,避免日曬雨淋,運輸時間不應大于30分鐘。

加強砼養生。混凝土養生的方法有灑水養生、薄膜養生和蒸汽養生等。養生時間不應少于7天。

3 對混凝土裂縫的處理

表面處理法。采用表面處理法進行修補,在混凝土表面沿裂縫涂抹樹脂保護膜。施工時先用鋼絲刷除去混凝土表面的附著物,再用清水清洗,干燥后,用油灰狀樹脂填充混凝土表面的凹癟部分后,再進行必要的涂抹。表面處理法包括表面涂抹和表面貼補法,表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細而淺的裂縫,深度未達到鋼筋表面的發絲裂縫,不漏水的裂縫,不伸縮的裂縫以及不在活動的裂縫。表面貼補法適用于大面積漏水的防滲堵漏。

填充法。用修補材料直接填充裂縫,一般用來修補較寬的裂縫(0.3mm),作業簡單,費用低。寬度小于0.3mm,深度較淺的裂縫以及小規模裂縫的簡易處理可采用取開V型槽,然后作填充處理。對于橋面板中間帶上下貫通的裂縫,其上部采用注入施工法進行處理。沿裂縫7~8cm寬度的范圍內,用砂輪機和鋼絲刷去混凝土表面的游離石灰和灰塵等,并用洗凈劑清洗,然后加壓注入具有滲透性和粘著性的環氧樹脂,以此來填充混凝土裂縫,提高橋面板的防水性,防止鋼筋銹蝕及混凝土老化。

防止混凝土裂縫的主要控制技術

使用膨脹混凝土。由于混凝土的膨脹反應貫穿于混凝土水化硬化的全過程,所以自收縮可以不考慮。

摻加合成纖維。由于鋼纖維混凝土價格昂貴,近幾年合成纖維逐步在工程中應用。它與鋼纖維的區別在于:鋼纖維的阻裂效應主要體現在阻止硬化混凝土破壞時的裂縫擴展上,使硬化混凝土在開裂后仍保持一定的抗拉強度,阻裂效應作用的結果是提高了硬化混凝土的變形能力,使混凝土基材在破壞后仍保持一定的延性。聚丙烯腈纖維和聚丙烯纖維屬于合成纖維,阻裂效應主要體現在消除或減輕了早期混凝土中原生裂隙的發生和發展,使混凝土的塑性收縮減小。相對于大體積混凝土來說,合成纖維混凝土更適用于大面積混凝土結構中即它可用于阻止或盡量減少大面積混凝土結構中裂縫的出現。合成纖維的加入,對混凝土性能的影響是全面的、綜合性的;其對早齡期混凝土體積穩定性的提高,進而降低混凝土早期收縮裂縫這一特點的應用價值最高。

結構設計中,鋼筋混凝土結構構件是允許帶裂縫工作的,問題不在有無裂縫,而在于出現什么樣的裂縫。當橋梁發生開裂現象后,應從設計、施工及其使用狀況等各方面進行細致地調查測試及詳盡地分析,找出開裂的主要原因,分析裂縫的性質,預料其對結構的危害性,判斷其需要修補或加固的緊迫性,最后采取合理、有效、經濟的修補加固措施,使橋梁損傷尚在輕微時期就能得到修補,保證其正常地使用。