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混凝土橋樑裂縫的種類成因和預防措施的內容

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一、混凝土橋樑裂縫的種類和成因

混凝土橋樑裂縫的種類成因和預防措施的內容

混凝土橋樑因其取材廣泛、價格低廉、抗壓強度高、可澆築成各種形狀,並且耐火性好、不易老化、養護費用低,成為當今世界橋樑結構中使用最廣泛的建築材料。近年來,因出現裂縫而影響工程質量甚至導橋樑垮塌的報道屢見不鮮。為了進一步加強對混凝土橋樑裂縫的認識,儘量避免工程中出現危害較大的裂縫,現對混凝土橋樑裂縫的種類和產生原因作較全面的分析。

結構裂縫的成因複雜而繁多,比如:溫溼度的變化,混凝土的不均勻性,結構不合理,原材料不符合要求,水灰比過大,基礎不均勻沉降和模板變形,養護不及時等。混凝土結構裂縫的種類,就其產生的原因,大致可劃分如下幾類:

1.1 荷載引起的裂縫

荷載裂縫是指混凝土橋樑在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫,主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。

1.1.1 直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫,其產生原因:

1)設計方面,計算模型不合理;內力與配筋計算錯誤;設計斷面或結構剛度不足等。

2)施工方面,對設計意圖理解不清,改變結構受力模式;預製構件起吊、運輸、安裝等不規範。

3)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;發生大風、大雪、地震、爆炸等。

1.1.2 由外荷載引起的次生應力產生裂縫被稱為次應力裂縫,其產生原因:

1)在設計外荷載作用下,由於結構物的實際工作狀態同常規計算有出入或計算不考慮,從而在某些部位引起次應力導致結構開裂。

2)橋樑結構中經常需要鑿槽、開洞、設定牛腿等,在常規計算中難以用準確的圖式進行模擬計算,一般根據經驗設定受力鋼筋。若處理不當,在這些結構的轉角處或構件形狀突變處、受力鋼筋截斷處容易出現裂縫。

1.2 環境因素引起的裂縫

主要是溫度和溼度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結構不合理,原材料不合格(如鹼骨料反應),模板變形,基礎不均勻沉降等。混凝土構件多次受冰凍———溶解迴圈作用,使混凝土中產生內應力,促進已有裂縫發展,結構疏鬆,表面龜裂,表層剝落或整體崩潰。

1.3 收縮引起的裂縫

收縮裂縫是混凝土因收縮而發生的體積變化,它主要包括塑性收縮裂縫和幹縮裂縫。塑性收縮裂縫主要發生在初凝開始,進行養護之前。此時水泥水化反應劇烈,會出現泌水和水分急劇蒸發,混凝土失水收縮。收縮時,表層受到深層混凝土以及模板、鋼筋的制約,使由軟變硬的塑態混凝土產生拉應力,從而形成微裂縫。而幹縮裂縫則多發生在混凝土硬化前後。此時混凝土表層水分散發快,內部散發慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮。表面收縮變形受到內部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當表面混凝土受到的拉應力超過其抗拉強度時,就會產生收縮裂縫。

1.4 地基礎變形引起的裂縫

由於基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結構中產生附加應力,超出混凝土結構的抗拉能力,導致結構開裂。基礎不均勻沉降的主要原因有:1)地基地質差異太大,地基土由於不同壓縮性引起不均勻沉降。2)結構荷載差異太大。在不改變條件地質情況下,各部分基礎荷載差異太大時,有可能引起不均勻沉降。3)結構基礎型別差別大,也可能引起地基不均勻沉降。4)地基凍脹。在低於零度的條件下含水率較高的.地基土因冰凍膨脹;一旦溫度回升,凍土融化,地基下沉。因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。5)橋樑基礎置於滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質時,可能造成不均勻沉降。6)拱橋等產生水平推力的結構物,對地質情況掌握不夠、設計不合理和施工時破壞了原有地質條件是產生水平位移,導致結構開裂。

二、 混凝土橋樑裂縫的防治措施

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新增適量的高效減水劑。橋樑工程所用水泥,多用普通矽酸鹽水泥,普通矽酸鹽水泥水化熱高,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℃以上,為改善混凝土澆注後溫度過高,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、碎石等材料在混凝土中所佔比例 80%左右,因此在高溫下必須採取遮陽灑水措施來降低砂、料石的使用溫度。

2.2 施工工藝措施

2.2.1 材料的控制。施工材料質量、收縮引起的裂縫,是可以控制其最小限度的發生,施工時嚴格按規範選用材料,堅決杜絕不合格的材料,優化混凝土配合比,合理選用水泥品種。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,在高溫下或雨後施工對砂、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。

2.2.2 混凝土拌和與澆注。混凝土應嚴格按照配合比計量投料,拌和時間不應小於 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,分層厚度不應大於 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。澆築之前首先要對模板及支架、鋼筋及其保護層厚度、預埋件、預留孔洞等進行檢查,確認無誤後方可進行澆築。混凝土的拌和運輸等必須滿足連續澆築要求。澆築中要防止鋼筋、模板、定位筋、墊塊及預埋管道的移動和變形。大體積混凝土澆築還要滿足分層澆築、分層振搗的要求,並應採取一定的散熱措施,有效降低混凝土內外的溫差,從而減少溫度裂縫的產生。振搗要密實,確保混凝土能填充到各個角落,同時也要避免過振引起塑性裂縫和幹縮裂縫。

2.3 混凝土塌落度的控制:混凝土運輸。在運輸過程中,混凝土不能離析,避免日晒雨淋,運輸時間不應大於 30 分鐘。加強混凝土養生。混凝土養生的方法有灑水養生、薄膜養生和蒸汽養生等。養生時間不應少於 7 天。