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摘要: 对于混凝土桥梁在建造和使用过程中, 因出现裂缝而影响工程质量。特别是有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下, 不断的生和扩展, 引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀, 使混凝土的强度和刚度受到削弱, 耐久性降低, 严重时甚至发生垮塌事故, 危害结构的正常使用,必须加以控制。我国现行公路、铁路、建筑、水利等部门设计规范均采用限制构件裂缝宽度的办法来保障混凝土结构的正常使用。工程实践证明很多裂缝是可以克服和控制的。
关键词: 桥梁; 混凝土; 裂缝; 施工控制
前言
随着现代桥梁工程施工工艺的飞速发展,各种管理手段的不断完善与加强, 桥梁工程的内在施工质量已经有了长足的提高, 外观质量已成为反映施工企业技术水平的最重要的一面, 如何提高砼的外观质量减少裂缝亦成为建设单位、监理部门及施工企业要解决的重点问题。
1桥梁混凝土裂缝分析
裂缝可分为结构性裂缝及非结构性裂缝两大类型。其中结构性裂缝可分为设计结构性裂缝及施工结构性裂缝; 非结构性裂缝可分为塑性裂缝、温差裂缝、长期干裂缝、龟裂缝及其它侵害性裂缝。
1.1 结构性裂缝的形成原因。设计结构裂缝是指设计时采用的结构型式在荷载作用下必然会产生的裂缝, 如非预应力的预制梁板及非预应力现浇连续箱梁等。虽然在施工时针对这种形式设置了预拱, 但在荷载作用下, 预拱后梁底抗拉区的砼最终还是要开裂的。非预应力现浇箱梁还在梁顶负弯矩区产生裂缝。这种裂缝是正常的、安全的, 但裂缝的宽度应小于0.20mm或设计规定的范围, 若超过这个范围, 那么裂缝就不正常了, 就需要对其成因及安全性作进一步分析和鉴定。施工结构性裂缝是指由于施工原因造成的结构性裂缝, 如预应力结构的张拉裂缝, 普通钢筋砼连续箱梁支架拆除过程中产生的裂缝等等。预应力结构的张拉裂缝一般是由于锚垫板位置没按设计位置布置、锚垫板后螺旋盘没有顶牢锚垫板、锚垫板砼不密实或砼强度未达到设计或规范规定的张拉强度时进行张拉等原因造成的; 普通钢筋砼连续箱梁拆架过程中产生的裂缝是由于落架顺序不当或落架时间过长引起的, 因为一联箱梁落架不可能在瞬间完成, 有一个从简支梁到连续梁的受力体系以接近设计受力体系的方式进行转换, 那么连续梁的负弯矩区在简支过程中梁底是肯定要产生横向裂缝的。
1.2 非结构性裂缝的形成原因
1.2.1 塑性裂缝。塑性收缩发生在施工过程中, 混凝土浇筑后四到五小时左右, 此时水泥水化反应激烈, 分子链逐渐形成, 出现沁水和水分蒸发, 混凝土失水收缩, 同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大, 可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T 梁、箱梁腹板与顶底板分接处, 因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。为减小混凝土塑性收缩, 施工时应控制水灰比, 避免过长时间的搅拌, 下料不宜太快, 振捣要密实, 竖向变截面处宜分层浇筑。
1.2.2 温差裂缝。温差裂缝, 即由于混凝土自体的温度变化及混凝土自体温度与环境温度的差异使混凝土自体收缩不均而产生的裂缝。由于早期混凝土构件被模板等材料隔离, 水泥水化所产生的热量无法及时散发到空气中, 故在初始24h 内混凝土温度将升高, 过几天后随着热量的散发混凝土将变冷, 此时混凝土会产生收缩, 这种收缩受结构内部钢筋及外部模板等约束会使混凝土开裂; 当砼冬季施工时, 由于砼散热快, 其内部温度较高, 而表面温度受环境影响变得较低, 表面砼的收缩率大于砼内部的收缩率, 从而使表面砼产生裂缝。
1.2.3 长期干缩裂缝。长期干缩裂缝, 即混凝土长期暴露于不饱和的空气中由于物理的、化学的失水使砼体积缩小, 当缩小受到约束时产生的裂缝。通常来讲, 干缩指混凝土结硬以后, 随着表层水分逐步蒸发, 温度逐步降低, 混凝土体积减小。因混凝土表层水分损失快, 内部损失慢, 因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩变形, 受到内部混凝土的约束, 致使表面混凝土承受拉力。
1.2.4 龟裂缝。龟裂缝, 即砼表面形状不规则的微细裂纹。它的产生一般是由于相对温度低、模板的渗透性低、砼中水泥用量过大等原因造成的。侵害性裂缝是由于有害的化学反应、混凝土中的钢筋生锈等原因造成的。
2桥梁混凝土裂缝的施工控制技术
2.1 材料的控制。施工工艺是保证混凝土构件质量的关键、除施工的施工操作应严格按照施工技术规范的有关规定进行, 对原材料( 钢筋、水泥、砂、碎石、水等) 都应进行严格的抽样检检验。对混凝土配合比应进行对比试验, 在高温下或雨后施工对砂、碎石应进行含水量实验,及时调整施工配合比, 确保混凝土的施工质量。
2.2 温度的控制
2.2.1 改善骨料级配, 采用干硬性混凝土、加添加剂等措施以减少混凝土中的水泥用量:拌和混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度; 热天浇筑混凝土时减少浇筑硬度, 利用浇筑层面散热; 在混凝土中埋设水管, 通入冷水降温; 规定合理的拆模时间, 气温骤降时进行表面保温, 以免混凝土表面发生急剧的温度变化; 施工中长期暴露的混凝土浇筑体表面或薄壁结构, 在寒冷季节采用保温等措施。
2.2.2 合理地分缝分块, 避免基础过大起伏; 合理地安排施工工序, 避免过大的高差和侧面长期暴露。另外, 改善混凝土的性能, 提高抗裂能力, 防止表面干缩。特别是保证混凝土的质量对防止裂缝十分重要。应特别注意避免产生贯穿裂缝, 出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的。因此施工中应以预防其贯穿性裂缝的发生为主。
2.3 防止施工工艺质量低劣引发的裂缝。在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、運输、拼装及吊装过程中, 若施工工艺不合理, 施工质量低劣, 容易产生各种裂缝, 裂缝的宽度因产生的原因而异。比较常见的有:( 1) 混凝土振捣过快, 混凝土流动性较低, 在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大, 容易浇筑数小时后发生裂缝,即塑性收缩裂缝。( 2) 混凝土应严格按配合比计量投料, 拌和时间不应小于1～2min, 使和易性好, 不离析, 不析水, 运输时间短, 浇注时分层浇注, 分层厚度不应大于30cm。振捣时应让振捣棒插入前层5～10cm, 振捣时间为1min 左右, 直至排出气泡为止。( 3) 混凝土保护层过厚或上层钢筋被踩压变位, 使承受负弯矩的受力钢筋保护层加厚, 导致构件的有效高度减少, 形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。( 4) 混凝土运输是混凝土施工过程中的一道工序, 工具保证不渗露, 不析水避免日晒雨淋, 在运输过程中, 混凝土不能离析, 运输时间不应大于30min, 在高温下运输应及时检测混凝土坍落度, 以确保由于蒸发而造成的水分损失, 并及时调整坍落度。( 5) 混凝土分层或分段浇筑时, 接头部位处理不当, 易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。( 6) 施工模板刚度不足, 在浇筑混凝土时, 由于侧向压力的作用, 使得模板变形, 产生与模板变形一致的裂缝。( 7) 施工时拆模过早, 混凝土强度不足, 使构件在自重或施工荷载作用下, 产生裂缝。( 8) 施工前对支架压实不足, 或支架刚度不足, 浇筑混凝土后支架不均匀下沉, 导致混凝土出现裂缝。
以上问题在施工中应加以注意, 可以避免裂缝的发生。
3结语
综上所述, 混凝土桥梁发生裂缝的主要原因有以上几种, 如何采取一定的设计和施工措施来克服和控制大的裂缝产生, 是每一个工程技术人员应该深入探讨的课题。因此, 严格按照国家有关规范、技术标准进行设计, 施工和监理, 是保证结构安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中, 进一步加强巡查和管理, 及时发现和处理问题, 也是相当重要的一个环节。
关键词: 桥梁; 混凝土; 裂缝; 施工控制
前言
随着现代桥梁工程施工工艺的飞速发展,各种管理手段的不断完善与加强, 桥梁工程的内在施工质量已经有了长足的提高, 外观质量已成为反映施工企业技术水平的最重要的一面, 如何提高砼的外观质量减少裂缝亦成为建设单位、监理部门及施工企业要解决的重点问题。
1桥梁混凝土裂缝分析
裂缝可分为结构性裂缝及非结构性裂缝两大类型。其中结构性裂缝可分为设计结构性裂缝及施工结构性裂缝; 非结构性裂缝可分为塑性裂缝、温差裂缝、长期干裂缝、龟裂缝及其它侵害性裂缝。
1.1 结构性裂缝的形成原因。设计结构裂缝是指设计时采用的结构型式在荷载作用下必然会产生的裂缝, 如非预应力的预制梁板及非预应力现浇连续箱梁等。虽然在施工时针对这种形式设置了预拱, 但在荷载作用下, 预拱后梁底抗拉区的砼最终还是要开裂的。非预应力现浇箱梁还在梁顶负弯矩区产生裂缝。这种裂缝是正常的、安全的, 但裂缝的宽度应小于0.20mm或设计规定的范围, 若超过这个范围, 那么裂缝就不正常了, 就需要对其成因及安全性作进一步分析和鉴定。施工结构性裂缝是指由于施工原因造成的结构性裂缝, 如预应力结构的张拉裂缝, 普通钢筋砼连续箱梁支架拆除过程中产生的裂缝等等。预应力结构的张拉裂缝一般是由于锚垫板位置没按设计位置布置、锚垫板后螺旋盘没有顶牢锚垫板、锚垫板砼不密实或砼强度未达到设计或规范规定的张拉强度时进行张拉等原因造成的; 普通钢筋砼连续箱梁拆架过程中产生的裂缝是由于落架顺序不当或落架时间过长引起的, 因为一联箱梁落架不可能在瞬间完成, 有一个从简支梁到连续梁的受力体系以接近设计受力体系的方式进行转换, 那么连续梁的负弯矩区在简支过程中梁底是肯定要产生横向裂缝的。
1.2 非结构性裂缝的形成原因
1.2.1 塑性裂缝。塑性收缩发生在施工过程中, 混凝土浇筑后四到五小时左右, 此时水泥水化反应激烈, 分子链逐渐形成, 出现沁水和水分蒸发, 混凝土失水收缩, 同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大, 可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T 梁、箱梁腹板与顶底板分接处, 因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。为减小混凝土塑性收缩, 施工时应控制水灰比, 避免过长时间的搅拌, 下料不宜太快, 振捣要密实, 竖向变截面处宜分层浇筑。
1.2.2 温差裂缝。温差裂缝, 即由于混凝土自体的温度变化及混凝土自体温度与环境温度的差异使混凝土自体收缩不均而产生的裂缝。由于早期混凝土构件被模板等材料隔离, 水泥水化所产生的热量无法及时散发到空气中, 故在初始24h 内混凝土温度将升高, 过几天后随着热量的散发混凝土将变冷, 此时混凝土会产生收缩, 这种收缩受结构内部钢筋及外部模板等约束会使混凝土开裂; 当砼冬季施工时, 由于砼散热快, 其内部温度较高, 而表面温度受环境影响变得较低, 表面砼的收缩率大于砼内部的收缩率, 从而使表面砼产生裂缝。
1.2.3 长期干缩裂缝。长期干缩裂缝, 即混凝土长期暴露于不饱和的空气中由于物理的、化学的失水使砼体积缩小, 当缩小受到约束时产生的裂缝。通常来讲, 干缩指混凝土结硬以后, 随着表层水分逐步蒸发, 温度逐步降低, 混凝土体积减小。因混凝土表层水分损失快, 内部损失慢, 因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩变形, 受到内部混凝土的约束, 致使表面混凝土承受拉力。
1.2.4 龟裂缝。龟裂缝, 即砼表面形状不规则的微细裂纹。它的产生一般是由于相对温度低、模板的渗透性低、砼中水泥用量过大等原因造成的。侵害性裂缝是由于有害的化学反应、混凝土中的钢筋生锈等原因造成的。
2桥梁混凝土裂缝的施工控制技术
2.1 材料的控制。施工工艺是保证混凝土构件质量的关键、除施工的施工操作应严格按照施工技术规范的有关规定进行, 对原材料( 钢筋、水泥、砂、碎石、水等) 都应进行严格的抽样检检验。对混凝土配合比应进行对比试验, 在高温下或雨后施工对砂、碎石应进行含水量实验,及时调整施工配合比, 确保混凝土的施工质量。
2.2 温度的控制
2.2.1 改善骨料级配, 采用干硬性混凝土、加添加剂等措施以减少混凝土中的水泥用量:拌和混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度; 热天浇筑混凝土时减少浇筑硬度, 利用浇筑层面散热; 在混凝土中埋设水管, 通入冷水降温; 规定合理的拆模时间, 气温骤降时进行表面保温, 以免混凝土表面发生急剧的温度变化; 施工中长期暴露的混凝土浇筑体表面或薄壁结构, 在寒冷季节采用保温等措施。
2.2.2 合理地分缝分块, 避免基础过大起伏; 合理地安排施工工序, 避免过大的高差和侧面长期暴露。另外, 改善混凝土的性能, 提高抗裂能力, 防止表面干缩。特别是保证混凝土的质量对防止裂缝十分重要。应特别注意避免产生贯穿裂缝, 出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的。因此施工中应以预防其贯穿性裂缝的发生为主。
2.3 防止施工工艺质量低劣引发的裂缝。在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、運输、拼装及吊装过程中, 若施工工艺不合理, 施工质量低劣, 容易产生各种裂缝, 裂缝的宽度因产生的原因而异。比较常见的有:( 1) 混凝土振捣过快, 混凝土流动性较低, 在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大, 容易浇筑数小时后发生裂缝,即塑性收缩裂缝。( 2) 混凝土应严格按配合比计量投料, 拌和时间不应小于1～2min, 使和易性好, 不离析, 不析水, 运输时间短, 浇注时分层浇注, 分层厚度不应大于30cm。振捣时应让振捣棒插入前层5～10cm, 振捣时间为1min 左右, 直至排出气泡为止。( 3) 混凝土保护层过厚或上层钢筋被踩压变位, 使承受负弯矩的受力钢筋保护层加厚, 导致构件的有效高度减少, 形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。( 4) 混凝土运输是混凝土施工过程中的一道工序, 工具保证不渗露, 不析水避免日晒雨淋, 在运输过程中, 混凝土不能离析, 运输时间不应大于30min, 在高温下运输应及时检测混凝土坍落度, 以确保由于蒸发而造成的水分损失, 并及时调整坍落度。( 5) 混凝土分层或分段浇筑时, 接头部位处理不当, 易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。( 6) 施工模板刚度不足, 在浇筑混凝土时, 由于侧向压力的作用, 使得模板变形, 产生与模板变形一致的裂缝。( 7) 施工时拆模过早, 混凝土强度不足, 使构件在自重或施工荷载作用下, 产生裂缝。( 8) 施工前对支架压实不足, 或支架刚度不足, 浇筑混凝土后支架不均匀下沉, 导致混凝土出现裂缝。
以上问题在施工中应加以注意, 可以避免裂缝的发生。
3结语
综上所述, 混凝土桥梁发生裂缝的主要原因有以上几种, 如何采取一定的设计和施工措施来克服和控制大的裂缝产生, 是每一个工程技术人员应该深入探讨的课题。因此, 严格按照国家有关规范、技术标准进行设计, 施工和监理, 是保证结构安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中, 进一步加强巡查和管理, 及时发现和处理问题, 也是相当重要的一个环节。