混凝土抗裂策略研究

来源 :商品与质量·房地产研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:heg_zcg
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  【摘 要】 混凝土工程中出现裂纹是典型的质量通病,混凝土裂纹不仅减少混凝土结构的使用寿命,而且给人们一种外观上的危险感,针对方形桥墩易于开裂的问题,本文通过对方形混凝土桥墩在设计、施工及运营期间可能出现的裂缝原因进行列述,并就施工期间水化热、运营期间的温度骤降因素监理有限元模型进行应力场分析,根据分析结果提出相应的处理对策。
  【关键词】 桥梁工程;方形桥墩;裂缝;有限元;温度效应
  1、引言
  近年来,随着我国交通量的增加,公路、桥梁负荷上升,其承载力日趋饱和,考虑到不少公路桥梁采用混凝土结构,且大多为见过后所建,桥墩基本在40年左右,这些旧有桥梁很多都已出现老化、破损、裂缝等现象。根据相关病害调查,桥墩裂缝是混凝土桥梁最为主要的病害形式之一,桥梁作为桥梁结构中重要的下部构件,不仅承担着上部构件及汽车等产生的竖向轴力、水平力和弯矩,有时还受到风力、土压力、流水压力以及可能发生的地震力、冰压力、船只和漂泊物对墩台的撞击力等荷载的作用,桥墩墩身裂缝不仅影响桥墩的表面美观,而且直接损害自身及整体桥梁(根据混凝土结构缺损状况评定标准,墩台部件权重约占全桥的50%)的整体性、安全性、实用性和耐久性。
  2、裂缝成因分析
  桥墩病害的主要表现形式为:混凝土剥落、露筋、砌体风化、灰缝脱落、水平裂缝、竖向裂缝、网状裂缝、水平位移、倾斜、沉降等。其中,裂缝作为混凝土结构的主要病害之一,其成因复杂繁多,裂缝划分无严格界限,每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要因素,其余因素对于裂缝起到继续发展或加剧劣化的作用。常见的墩身裂缝形式包含:桥墩中心线附近的竖向裂缝、桥墩在日照时间较长侧的裂缝、桥墩模板对拉筋孔处的裂缝、桥墩模板分块接缝处的裂缝、桥墩顶部环向裂缝以及混凝土表面细小、不规则的裂缝。研究开裂原因,拟从桥墩的设计、施工及运营使用三方面进行分析论述。
  2.1桥墩设计
  桥墩在设计阶段,结构不计算或漏算、结构受力假设与实际受力不符,内力与配筋计算错误,结构的安全系数不够;结构设计时不考虑施工的可能性;设计断面不足;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足;构造处理不当;设计图纸交待不清等均会使桥墩在外荷载的直接作用下产生裂缝。
  2.2桥墩施工
  桥墩施工过程中,水化热效应、施工工艺、材料自身等因素都会影响桥墩开裂。
  (1)水化热
  混凝土浇注过程中水化放热,受混凝土自身的不良导热性和混凝土热胀冷缩性质影响,桥墩内部温度升高,体积膨胀而外部温度相对较低发生收缩,内外相互作用易导致桥墩混凝土外部产生很大的温度拉应力,当混凝土抗拉强度不足以该拉应力时,会引发桥墩竖向开裂。该类裂缝仅存于结构表面,针对水化热效应影响,建立3个模型作对比:第一个模型采用边长为2.0m的方形截面柱;第2个模型采用截面为2.667m×1.5m的矩形截面柱;第3个模型采用直径为2.256m的圆形截面柱。模型参数均参考325号普通混凝土性能参数选取:单位质量水泥水化热389KJ/Kg,比热取0.96KJ/Kg·K,密度取值2450Kg/m3,导热系数取3W/(m·k),线弹性模量10-5℃-1,拆模的过程则以桥墩表对流系数的变化实现,根据3个截面不同,体积相同的混凝土桥墩模型结果的对比,在第四天3个模型的内外温差都达到最大。相应的应力也随之达到峰值,依次为3.18MPa、3.00MPa、2.70MPa。3个桥墩模型受水化热效应影响都有裂开的风险,其中,圆截面模型的应力峰值最小。
  (2)施工工艺
  在桥墩浇注、起模等过程中,若施工工艺不合理,质量低劣,可能产生各种形式的裂缝,裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度都因产生的原因而异:模板的倾斜、变形以及接缝都可能会使新浇注的混凝土产生裂缝;混凝土振捣不密实、不均匀,也会引发蜂窝、麻面等缺陷;混凝土在初期养护时的急剧干燥也会引发混凝土表面的不规则裂缝;混凝土入模温度过高、施工拆模过早也会导致墩身开裂。
  2.3桥墩运营
  桥梁在运营阶段,交通量的增长,超出设计荷载的重型车辆过桥、钢筋的锈蚀等会影响桥梁墩柱及其它构件的裂缝开展情况。当墩柱受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝,则应特别注意,往往是结构达到承载力极限的标志。此外,环境温度对桥墩等构件的开裂的影响也不容忽视。引起混凝土桥墩温度变化的主要因素包括:年、月温差、日照变化、骤降温差等,尤其是入冬期间温度骤降极易造成桥墩等大体积构件开裂。不同模型温度骤降条件下应力云图,针对边长为2m的方形桥墩、截面为2.667m×1.5m的矩形桥墩、直径为2.256m的圆形桥墩进行温度骤降的工况模拟,得到结果:3個桥墩模型分别在环境温度变化后的第14小时、第12小时和第22小时达到各自的应力峰值,依次为1.55MPa、1.52MPa、1.38MPa。3者中,应力峰值最大为截面为2m×2m的方形桥墩,圆形截面柱受温度变化的影响较小。
  3、裂缝对策研究
  混凝土不可避免的带裂缝工作,裂缝的存在和发展也将一定程度削弱相应部位构件的承载力,并进一步引发保护层剥落、钢筋锈蚀、混凝土碳化、持久强度低等,甚或危害桥梁的正常运行和缩短其使用寿命。因而针对前面裂缝在设计、施工及运营阶段可能出现的原因,进行控制对策的研究,列述如下:
  3.1设计阶段
  在计算模型选取合理桥墩强度、刚度、稳定性等满足规范要求的条件下,可选取尺寸较小的圆形截面桥墩,以一定程度的地减缓减弱其温度应力峰值,从而降低其开裂风险。此外,在桥墩四周加防裂钢筋网,配筋除满足承载力及构造要求外,应结合水泥水化热引起的温度应力增配钢筋以提高钢筋控制裂缝的能力。
  3.2施工阶段
  (1)减少水化热
  R·Springgenschmid认为,混凝土的2/3应力来自于温度变化,1/3来自干缩和湿涨。典型的波特兰水泥会在开始3天内放出约50%的水化热。可见,水化热是混凝土早期开裂的主要原因。针对水化热效应,可采取以下措施以改善并控制开裂情况:在满足设计强度的前提下,尽可能采用圆形截面柱,尽可能采用低标号混凝土;采用低水化热的水泥或掺粉煤灰的水泥或掺缓凝剂,其对改善混凝土和易性、降低温差、减小收缩具有较好的效果,也可提高自身抗裂性;选择适宜的骨料,控制混凝土出机温度和浇筑温度,此外采取表面保护,保温隔热措施,对墩身内部设冷水管以循环降低混凝土内外温度。①选择水泥品种。控制水泥水化热引起的温升,减少混凝土内外温差,对降低温度应力,防止产生温度裂缝起着重要作用。混凝土温升的热源主要是水泥在水化反应中产生的水化热,因此选用地低热或中热的水泥品种,是控制混凝土温升最根本的方法。因此,在后续施工的墩台身采用低水化热P.042.5普通硅酸盐水泥代替P.032.5R普硅水泥,水泥表面积比≤350㎡/kg,水泥熟料中的C3A含量≤8%。②增加粉煤灰掺量,替代水泥用量。国内外大量试验研究和工程实践表明,混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰厚,不但能代替部分水泥,而且由于粉煤灰颗粒呈现球状具有滚珠效应,起到润滑作用,可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性,从而改善了可泵性。特别重要的效果是掺加原状或磨细粉煤灰之后,可以降低混凝土中水泥水化热,减少绝热条件下的温度升高,本例掺合料采用Ⅱ级粉煤灰,一般大体积混凝土粉煤灰掺量最大控制在40%以内,本例原掺量为27%,现采用35%,即每m3混凝土中掺加粉煤灰136Kg。③调整混凝土配合比,墩身混凝土(C30)配合比调整如表1,混凝土配合比调整后强度增长情况见图2。   由混凝土强度增长图对比可知,混凝土浇筑完成后龄期前6d普通硅酸盐水泥32.5R水泥拌制的混凝土增长率明显大于普通硅酸盐水泥拌制的混凝土,龄期6d后采用P.042.5普通硅酸盐水泥混凝土强度增长大于普硅32.5R水泥拌制的混凝土,由此可推断出32.5R水泥拌制的混凝土前期强度增长快,故混凝土温升也大,较容易产生裂缝,而后者反之,所以在桥墩的施工中,采用低水化热的P.042.5普通硅酸盐水泥。
  (2)降低入模温度
  降低混凝土的入模温度也是一项降低混凝土温度应力的重要措施。一般的,混凝土从塑形状态转变为弹性状态时,浇注温度越低开裂的倾向越小。过高的入模温度会加剧混凝土的早期升温,使得温度应力增大。降温的措施有:①僻开热天选择较低温度季节浇注混凝土,对现浇量不大的块体,安排在下午三日拟后或夜间浇注②夏季采用低温水或冰水拌制混凝土,对骨料喷冷水雾或冷气进行遇冷,或对骨料进行护盖或设置遮阳装置,运输装置加盖防止日晒,降低混凝土拌合物温度。③掺加缓凝型减水剂,采取薄层浇灌,每层厚20-30cm,减缓浇筑强度,利用浇筑面散热。④在基础内设通风和加强通风加速热量散发。
  (3)其他
  减少桥墩地基的不均匀沉降,在基础设计中可以采取调整基础深度,不同的地基计算强度和采用不同的垫层厚度等方式来调整地基的不均匀变形,桥墩的模板应具备足够的强度,刚度和稳定性,可承受新浇混凝土的重力,测压力以及施工过程中可能产生的各种荷载;混凝土的震动密实、均匀,可有效防止收缩裂缝,不可过捣,否则造成混凝土离析拆模不应太早,混凝土终凝后对墩桩表面应及时的保湿养护,要尽量保证混凝土表面湿润避免干缩。当表面干燥快时,必须连续充分湿润养护,使水泥水化作用顺利进行,以提高混凝土的抗拉强度。主要养护方法包括:覆盖养护、浇水养护、储水养护和薄膜养护等。
  3.3运营阶段
  运营阶段的抗裂措施应主要包括两方面内容:对潜在开裂隐患的控制和既有裂缝的修补控制。对于前者,若不考虑地震、撞击等偶然因素的影响,桥梁在运营期间的裂缝则主要跟环境变化相关。根据前文的温度骤降影响分析,圆形截面柱的抗裂情况较另外两者略优,因而,可优先选择圆形截面柱作为桥墩的设计方案。另外,可在温度骤降前期或初期,于桥墩表面附加保温材料或涂抹防护材料以前减温度骤降带来的影响。对于后者,虽然对桥墩混凝土的原材料、配合比及工艺等方面加强预防措施,但混凝土桥墩的裂缝仍不可避免。根据《公路工程质量检验评定标准》规定,公路桥墩裂缝宽>0.15mm,铁路桥墩裂缝宽>0.2mm以下的局部收缩裂缝,须进行处理修补。对于运营期间出现的裂缝,由变形变化所引起的裂缝,其无承载力危险,可采用防水型化学灌浆技术作一般表面处理。
  4、结束语
  混凝土桥墩工程中多属于大体积混凝土工程,较易出现裂缝。只有在设计、施工、运营各阶段进行科学合理的运作,可减轻减缓混凝土的裂缝开展。根据前文,相同体积情况下,满足强度、刚度、稳定性要求下,圆截面柱较矩形柱受施工期间水化热,运营期间温度骤降引起的溫度应力小,因而建议桥墩设计采用圆截面。混凝土配合比采用双掺法(掺减水剂和粉煤灰)工艺,水泥选用表面积比小于350m3/Kg的P.042.5普通硅酸盐水泥,有效的减少了水泥水化热导致的混凝土内部升温,降低了混凝土内外温差。严格施工工艺控制,兼取内控外保措施,加强混凝土养护和温度监测,采用保温罩保温,控制混凝土内外温差不超过20℃,能有效解决桥墩混凝土结构开裂问题。由于混凝土本身的特性,大体积混凝土温度裂缝是不可辟免的,但是,有害的裂缝是可以控制的,只要通过事前,事中,事后采取相应的措施,从各个方面入手进行有效的控制,就能减少温度裂缝的产生及发展,提高大体积的质量。
  参考文献:
  1、姜淑凤,小议裂缝成因与类型以及对混凝土桥梁的影响分析【J】,黑龙江科技信息,233页.
  2刘志斌,黄颖,混凝土桥墩裂缝成因与处理【M】辽宁交通科技,2005年第二期,49-51页.
  3、张坤,桥梁墩台的分类及构造特点简述【J】交通世界,2006年第7期,66-67页
  4、徐立东,张宝成,刘子放.裂缝成因与类型以及对混凝土桥梁的影响分析【J】.北方交通,2008年第6期,145-146页.
  5、金卫华.混凝土桥墩裂缝缝隙和控制【J】,西部探矿工程,2003年第十期.
  6、周志华,混凝土桥墩裂缝成因综述【J】,山西交通科技,2003年第四期,63-65页.
  7、胡如进,水泥水化热对混凝土早期开裂的影响【J】,水泥,2007年第四期,12-15页.
  8、杨涛,徐松,墩身根部混凝土水化热分析与裂缝控制【J】,山西建筑,2008年第十二期,291-292页.
  9、王青江,王越,王栋,桥梁墩台混凝土施工防裂技术,国防交通工程与技术,2008年第二期,54-56页.
其他文献
【摘 要】 随着管理水平与科技水平的迅速发展,当前建设工程项目市场竞争也日趋激烈,建设工程施工企业要想继续生存并获取利润,就必须从进一步增强自身的管理水平出发,降低成本投入。因此,加强建设工程施工企业项目成本的管理与控制至关重要。  【关键词】 建设工程;成本管理;成本控制  随建设工程项目市场竞争也日趋激烈,招投市场逐渐白热化,导致多数工程中标价已趋于施工企业成本,致使企业经济效益下滑,严重危及
期刊
【摘 要】 随着市场竞争的加剧,企业为了提高经济效益,许多企业开始逐步转变粗放式的管理模式,而改为精细化的管理模式。精细化管理是指以现有的企业经营为基础,以企业的生产力为依托,根据市场实际需求,进行有效的订单生产加工并能在减少生产成本的基础上进行利润最大化的一种管理模式。简而言之,精细化管理就是精益求精。精细化管理已经成为土木建筑工程管理的必然趋势,也是未来建筑业的发展之路。土木建筑工程管理精细化
期刊
【摘 要】 目前,随着人们生活水平的日益提高,对建筑企业的施工质量也有了更高的要求,道路桥梁工程建设的质量要求也不例外。本文主要分析了连续钢构桥梁工程的施工质量控制,为我国的道桥工程发展注入强劲的动力。  【关键词】 建筑企业;道路桥梁;连续钢构梁;质量控制  引言:  在我国经济高速发展的当下,我国桥梁建筑领域有很大的进步和创新,有效的解决城市桥梁、山区高架桥、大跨海桥梁等建设的要求,促使各种不
期刊
【摘 要】 随着城市化进程的不断推进,建筑行业不断发展。建筑是人们生产生活的重要组成部分,建筑的质量水平影响其使用价值和经济价值。土建地基建设是为整体建筑物提供稳定保障的基础,而且随着高层建筑的不断发展,地基的设计就更为重要。  【关键词】 土建施工;地基设计  一、地基结构设计等级  地基结构设计等级分为甲级、乙级、丙级三种。甲级用于30层以上的高层建筑、重要的工业与民用建筑物、大面积的多层地下
期刊
【摘 要】 建筑工程的施工现场管理是一项复杂的工程,要做好这项工作,需要建筑施工企业认真分析自身的特点,充分利用自己的长处,采取科学的方法提高施工管理水平。只有如此,才能切实保证工程的质量,使企业获得经济效益和社会效益的双赢。本文就主要对加强施工现场项目管理相关问题进行了简要分析。  【关键词】 建筑工程;现场;施工管理  引言:  近年来,随着建筑市场的快速发展,其在发展过程中得以不断的改进和完
期刊
【摘 要】 随着建筑的发展,建筑师对于楼梯的多样性有更多的要求。为了很好的实现建筑构想,需要结构设计师充分考虑建筑师的设计构想,通过合理的结构布置实现建筑和结构的统一。在自然灾害发生的时候,楼梯作为人流疏散的主要通道,可以说是生命通道。楼梯的结构设计是否安全可靠,成为保障人民生命安全的重要因素之一。  【关键词】 板式楼梯;悬挑楼梯;梁式楼梯;地震;折线形斜梁  引言:  当今建筑行业运用最多的楼
期刊
【摘 要】 园林绿化施工建设是城市建设的需要。因此,在园林绿化工程项目建设上,要避免人力物力上的浪费,就必须提高园林绿化工程项目的质量,必须对园林绿化施工的质量进行严格的控制,才能取得满意的经济效率和社会效率。本文探讨了园林绿化施工中存在的问题及对策。  【关键词】 园林绿化;施工;问题;对策  园林绿化工程的施工并不是一项简单的任务,它需要涉及到诸多方面,综合考虑各个方面的因素,需要多方面的人员
期刊
【摘 要】 随着我们国家现代化建设在不断的发展,建筑装修工程的数量也越来越多。但是,我们国家的装修施工技术管理还比较落后。所以,提升我国建筑装修施工技术管理水平是当务之急。本文针对某装修工程质量的控制措施进行简单的分析。  【关键词】 建筑装修;施工技术管理;思考  前言:  在建筑装修施工中,对施工技术加强管理是必不可少的一项工作。施工企业按照相关的标准,对施工技术进行管理,从而保证建筑装修的质
期刊
【摘 要】 文中介绍了目前的建筑管道安装的现状和如何完善建筑安装管道的洞口封堵的防护措施。不但希望给建筑企业带来改进的意见,还希望建筑行业的发展能与我国的经济共同进步。  【关键词】 安装管道;洞口封堵;渗漏原因;防治措施  引言:  伴随着当前市场经济不断发展的同时,城市的建设也发生着巨大的变化,建筑行业也因此受到了巨大的挑战。而如今建筑安装管道洞口封堵面临着诸多的问题,而渗漏问题则较为突出。本
期刊
【摘 要】 本文论述了政府项目代建制相关的内容,就房地产公司作为代建公司,对代建项目在如何控制投资、保证工期质量、提高投资效益和管理进行分析探讨。  【关键词】 政府投资项目;代建制;工程管理  一、代建制的含义  代建制最早出现在政府投资项目,特别是公益性项目。针对财政性投资、融资社会事业建设工程项目法人缺位,建设项目管理中“建设、监管、使用”多位一体的缺陷,并导致建设管理水平低下、腐败问题严重
期刊