淺談橋梁混凝土裂縫的成因及控制措施

陳文俊，許友梅

(江西省交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司)

1 橋梁混凝土裂縫的形成原因

1.1 外部荷載引起的裂縫

(1)在設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)偏差。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)受力情況假設(shè)與實(shí)際受力情況不相符;設(shè)計(jì)斷面、結(jié)構(gòu)剛度不足;結(jié)構(gòu)安全系數(shù)偏小;結(jié)構(gòu)計(jì)算模型不合理，造成計(jì)算時(shí)少算、漏算、測(cè)算或是不計(jì)算等偏差;內(nèi)力與鋼筋計(jì)算錯(cuò)誤，鋼筋設(shè)置、分布不合理等。

(2)在施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。沒(méi)有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，隨意更改結(jié)構(gòu)施工次序，造成結(jié)構(gòu)受力形式發(fā)生改變;在施工現(xiàn)場(chǎng)隨意堆放施工機(jī)具或是施工材料;沒(méi)有充分了解結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)的情況下隨意進(jìn)行起吊、運(yùn)輸以及安裝等。

(3)在橋梁建成通車階段不現(xiàn)的使用不合理現(xiàn)象也會(huì)引起橋梁混凝土發(fā)生荷載裂縫。例如:有超出荷載的重型車輛通過(guò);受到外力的撞擊包括車輛、船舶;受到惡劣氣象條件的影響如暴風(fēng)、暴雪、地震;還有可能受到爆炸或其他外力的沖擊等等。

1.2 溫度變化引起的裂縫

(1)施工地區(qū)四季溫度變化幅度大，受到年溫差影響。雖然氣溫變化較為緩慢，但對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致橋梁發(fā)生縱向位移。一旦橋梁結(jié)構(gòu)的位移受到約束或限制，橋梁混凝土就非常容易產(chǎn)生溫度裂縫。年溫差一般是以一年中一月份和七月份的月平均溫度作為變化幅度，在考慮混凝土的蠕變特性后，當(dāng)進(jìn)行年溫差內(nèi)力計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮將混凝土彈性模量適當(dāng)進(jìn)行折減。

(2)外部環(huán)境影響如:暴曬或是溫度驟降。這兩種情況都是引起溫度裂縫的最常見(jiàn)因素。當(dāng)橋梁橋面或是橋墩混凝土受到陽(yáng)光暴曬后混凝土內(nèi)外溫度發(fā)生變化形成非線性分布的溫度梯度，較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力;當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝士表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。在發(fā)生突發(fā)性天氣條件下也會(huì)產(chǎn)生同樣的效果使混凝土產(chǎn)生裂縫，如:突然的大雨、冷空氣襲擊等溫度驟降的氣象條件。

(3)水化熱影響。對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)一般要求一次性整體澆注，混凝土澆注后在硬化過(guò)程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱。由于混凝土體積大，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不容易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度將顯著升高，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。此時(shí)的混凝土齡期短抗拉強(qiáng)度很低，很容易在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

(4)養(yǎng)護(hù)措施不當(dāng)。在采用蒸汽養(yǎng)護(hù)方式時(shí)容易出現(xiàn)混凝土驟冷驟熱，導(dǎo)致內(nèi)外溫度不均勻;在冬季施工時(shí)養(yǎng)護(hù)措施不得當(dāng)也很容易造成混凝土開(kāi)裂。

1.3 收縮引起的裂縫

(1)塑性收縮裂縫。塑性裂縫多在新澆注的混凝土構(gòu)件暴露于空氣中的上表面出現(xiàn)，塑性收縮是指混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)且長(zhǎng)短不一，互不連貫狀態(tài)。塑性裂縫產(chǎn)生的主要原因?yàn)?混凝土在終凝前幾乎沒(méi)有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小，或者混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí)，受高溫或較大風(fēng)力的影響，混凝土表面失水過(guò)快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度又無(wú)法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。影響混凝土塑性收縮開(kāi)裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時(shí)間，環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等等。

(2)自身收縮裂縫。自身收縮是由于水泥水化熱消耗水分造成凝膠孔的液面下降，形成彎月面，產(chǎn)生自干燥作用，使混凝土體的相對(duì)濕度降低，體積減小發(fā)生收縮。

2 橋梁混凝土裂縫的施工控制措施

2.1 混凝土配制原材料的控制

嚴(yán)格控制混凝土原材料的的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁采用級(jí)配不合格的骨料以及過(guò)期或質(zhì)量不合格的水泥、外加劑等。最好選用低水化熱水泥;選用良好級(jí)配的砂、石骨料，減少孔隙率從而降低混凝土收縮量;粗細(xì)骨料的含泥量應(yīng)盡量減少;控制混凝土的水灰比;合理?yè)郊铀芑瘎┖蜏p少劑。

2.2 混凝土溫度的控制

對(duì)混凝土溫度的控制首先要根據(jù)施工地區(qū)以及施工季節(jié)合理安排施工時(shí)間和施工工序，盡量減少溫度差對(duì)混凝土的影響。橋梁施工中可以合理設(shè)置橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施來(lái)消除年溫差引起的裂縫;為力防止混凝土遭受暴曬可以盡量減少混凝土暴露面積;在發(fā)生特殊天氣時(shí)要及時(shí)對(duì)混凝土表面進(jìn)行保溫保護(hù);夏季施工中要采取散熱降溫措施，如利用分層澆筑混凝土、減小一次澆筑混凝土厚度，在混凝土表面灑水或用流動(dòng)水散熱、必要是可以在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻管等;寒冷季節(jié)施工時(shí)可以合理推遲拆模時(shí)間;在混凝土表面覆蓋草袋、帆布、土工布、塑料薄膜等進(jìn)行保溫;還要加強(qiáng)對(duì)混凝土溫度的監(jiān)控，可以在橋梁混凝土構(gòu)件中埋設(shè)測(cè)溫計(jì)來(lái)測(cè)量混凝土溫度。

2.3 混凝土施工工藝的控制

為了防止混凝土結(jié)構(gòu)因?yàn)槭┕すに嚥缓侠矶a(chǎn)生的裂縫，我們就必須要在混凝土構(gòu)件制作、澆筑、起模運(yùn)輸、拼裝及吊裝過(guò)程中嚴(yán)格按照規(guī)范施工。在澆筑時(shí)振搗時(shí)間要合理，避免出現(xiàn)過(guò)振和漏振現(xiàn)象，應(yīng)提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。

3 結(jié)論

綜上所述，橋梁混凝土開(kāi)裂問(wèn)題是目前橋梁施工中常見(jiàn)的問(wèn)題之一，因此我們要在設(shè)計(jì)階段、材料選用、施工工藝中采取合理正確的方式給予控制，避免混凝土裂縫的產(chǎn)生，保證橋梁的安全穩(wěn)定。

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