橋梁混凝土裂縫產生原因淺議

袁文金

(甘肅省交通規劃勘察設計院有限責任公司,甘肅蘭州 730000)

橋梁混凝土裂縫產生原因淺議

袁文金

(甘肅省交通規劃勘察設計院有限責任公司,甘肅蘭州 730000)

混凝土裂縫經常困擾著橋梁工程參建人員,本文對橋梁混凝土裂縫的類型、產生原因做了較為全面的分析總結,使橋梁在建造和使用中的常見病及多發病“裂縫”,進行一些探討,供工程建設起到很好的警示和預防,以便在今后的工程建設中時有效控制裂縫的產生,提高橋梁施工質量,延長橋梁使用壽命。

橋梁混凝土裂縫 原因 分析

出現混凝土表面裂縫過多或構件關鍵部位出現裂縫等均對橋梁的外觀質量和使用壽命有著不同程度的影響,但多條裂縫均有其產生的一種或幾種主要因素,作為工程技術人員或工程管理人員必須對裂縫的認識要徹底。

1 荷載引起的裂縫

混凝土橋梁在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫,橋梁混凝土荷載裂縫分為直接應力裂縫和次應力裂縫兩種。

(1)直接應力裂縫。直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。裂縫產生的原因有：1)圖紙設計計算階段的結構設計不符合要求,橋梁設計時只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要,而忽視從結構體系、構造、材料、耐久性以及從設計不考慮施工的可操作性,構造處理不當。2)工程施工階段管控不合理,不按設計圖紙施工要求,使結構施工順序顛倒,工地管理混亂,不加限制地堆放施工工具以及材料等。3)結構物使用階段時超出設計載荷的要求,受車輛、船舶的接觸、撞擊,發生大風、大雪、地震、爆炸等其它因素。由于中心受壓時沿構件出現平行于受力方向的短而密的平行裂縫。該類型裂縫多出現在橋墩為獨柱或雙柱結構的橋梁墩柱柱身上。當荷載較大時,由于混凝土塑性變形的發展,壓縮變形增加的速度快于荷載增長速度;縱筋配筋率越小,這個現象越為明顯。由于縱向壓力的作用,促使柱的軸向縮短而側向發生膨脹,而在柱的表面形成環向拉力。

(2)次應力裂縫。次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。裂縫產生的原因有：1)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差錯,從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。2)施工階段。研究表明,受力構件挖空后,力流將產生繞射現象,在空洞附近密集,產生巨大的集中應力。

2 溫度變化引起的裂縫

年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、混凝土升降溫等引起的溫度裂縫區別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏,溫度裂縫容易發生在大體積混凝土結構中,如：橋墩、臺,橋面鋪裝等部位,有時也和其他影響因素共同作用,引起混凝土裂縫。例如甘肅第一條在沙漠地區修建的高速公路——營盤水至雙塔高速公路, 在武威境內年日照時數在2200—3030小時,年平均氣溫7．8°C,無霜期85—165天,年降水量60—610毫米,年蒸發量1400—3040毫米,是典型的內陸型干旱氣候,次溫度變化而引起裂縫等。混凝土裂縫產生的主要原因是溫度和濕度的,混凝土在施工階段常受外界氣溫變化的影響。混凝內部溫度為水泥水化熱的絕熱溫度和澆筑溫度二者的疊加值,其中澆筑溫度與外界溫有直接關系。一般而言,外界氣溫愈高, 混凝土在硬化期間水泥放出大量水化熱,混凝土的澆筑溫度也愈高,當氣溫下降,會大大增加外層混凝土混凝土內部的溫度梯度,造成溫差和溫度應力,使大體積混凝土出現裂縫。為了防止裂縫,減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。

3 收縮引起的裂縫

最常見的混凝土裂縫因收縮所引起。收縮裂縫對構件承載力影響不大,主要影響影響結構外觀和耐久性。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收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。混凝土收縮裂縫的主要特點是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細,且縱橫交錯,混凝土表明呈龜裂狀,形狀沒有任何規律。

根據工程實踐表明,影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標號及用量、骨料品種、水灰比、外摻劑、養護方法、外界環境、振搗方式及時間。

4 配合比設計對混凝土裂縫的影響

一個設計不嚴謹的配合比不僅會浪費材料或不能滿足施工要求,嚴重時也能造成混凝土的裂縫。

(1)設計中水泥等級或品種選用不當。選用水泥的核心問題是如何防止混凝土強度發展時產生大量的水化熱,即控制混凝土的絕熱溫升,避免已成型的混凝土因溫度應力而產生裂縫。(2)配合比中水灰比水膠比過大。水灰比是影響混凝土配合比設計的關鍵因素,在一種程度上不僅決定著混凝土強度,而且還對混凝土其他性能影響很大。特別是隨著礦物摻合料的加人,對混凝土的影響不僅是簡單地取代效應和經濟效應,而是對其性能的疊加效應。(3)單方水泥用量越大、用水量越高,表現為水泥漿體積越大、坍落度越大,收縮越大。(4)配合比設計中砂率、水灰比選擇不當造成混凝土和易性偏差,導致混凝土離淅、泌水、保水性不良,增加收縮值。合理的砂率值是根據棍凝土拌合物的坍落度、黏聚性及保水性等特征來確定的。

(5)配合比設計中混凝土膨脹劑摻量選擇不當。摻加外加劑對節約水泥、改善混凝土的工作度、提高混凝土的性能起著重要的作用,所以建議在混凝土配合比設計時首先考慮摻加外加劑。

5 施工工藝質量引起的裂縫

在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理、施工質量低劣,容易產生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫,特別是細長薄壁結構更容易出現。裂縫出現的部位和走向、裂縫寬度因產生的原因而異。事實上,對于營雙高速公路項目,“簡單”在表面,工程建設難度處處存在。營雙項目建設區域常年干旱少雨、風沙大、光照強、晝夜溫差大,自然條件艱苦。當地年蒸發量遠遠大于降水量,施工嚴重缺水。穿越沙漠地修高速公路固沙保路就成為施工中的重點之一。因此施工結合沙漠段的地形地貌、氣候、植被覆蓋度和生物量、風沙流運動等特點,征用了公路兩旁界外20米范圍的沙漠地,設計采用柴草沙障加灌木防風固沙,并采用平鋪式路緣石中央分隔帶,這樣既保護了原生態的沙地和擾動范圍內的植被恢復,又起到了防止積沙影響施工、行車安全的作用。而這只是施工過程中的這個看似不重要實則很關鍵,看似“簡單”實則很復雜的一個環節。經過建設者們的精心施工,這條線形連貫、圓滑平順、自然流暢的與西部大漠、山川相吻合的“沙漠高速”有著別樣的風采。

6 結語

由上述可知,導致橋梁設計疏漏、施工低劣、監理不力,均可能使混凝土橋梁出現裂縫。因此,嚴格按照國家有關規范、技術標準進行設計、施工和監理,是保證結構安全耐用的前提和基礎。在運營管理過程中,進一步加強巡查和管理,及時發現和處理問題,也是相當重要的環節。

[1]楊瓊義.關于混凝土橋梁施工裂縫原因及預防措施[J].科技資訊,2012年31期.

[2]林清巖,曲峰.混凝土橋梁施工裂縫產生原因及防治措施[J].吉林交通科技,2006年03期.