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      橋梁混凝土裂縫分析
      發布時間:2014-08-05
      摘要: 從常見裂縫特性、成因著手,旨在找出各種裂縫的防治措施,并提出簡單的裂縫修補方法。以方便工程技術人員能夠對癥下藥,盡量避免危害較大的裂縫在工程中出現。 


        在橋梁建造和使用過程中,混凝土裂縫經常出現;炷恋牧芽p是由于混凝土內部應力和外部荷載作用,以及溫度變化等因素作用下形成的。一般正常大氣條件下,荷載組合I作用下寬度小于0.2 mm的裂縫,荷載組合Ⅱ,Ⅲ作用下寬度小于0.25 mm.的裂縫以及處于嚴重暴露情況下,寬度小于0.1 mm的裂縫都屬于正常的工作裂縫。超出以上范圍的裂縫屬于非正常裂縫,終究會影響結構物的耐久性。并且有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學因素的作用下,不斷擴展,不但會影響混凝土表面的美觀、減小鋼筋的混凝土保護層厚度,而且易引發混凝土面層剝落,加速鋼筋的銹蝕,降低混凝土的抗凍性及耐久性,嚴重時甚至發生垮塌事故,所以必須加以控制;炷亮芽p的成因復雜而繁多,有時甚至多種因素相互影響。但就一些具體裂縫而言,總有主導原因。為了便于分析、鑒別工程中發生的裂縫。根據裂縫產生的原因,常見裂縫可分為荷載引起的裂縫、地基基礎變形引起的裂縫、凍脹引起的裂縫、鋼筋銹蝕引起的裂縫、收縮引起的裂縫、溫度變化引起的裂縫、施工引起的裂縫等七大類。

      1 混凝土裂縫特性及產生的原因
        1.1 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為荷載裂縫,歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫。直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。產生原因有:
        1)對結構進行計算時,計算模型不合理,結構受力假設與實際受力不符,荷載少算或漏算;內力與配筋計算錯誤,結構安全系數不夠;結構設計未考慮施工的可行性,設計截面不足;鋼筋設計偏少或布置錯誤,結構剛度不夠等⋯。2)施工時不加限制地堆放施工機具、材料;不了解預制結構受力特點,隨意翻身、起吊、運輸、安裝;不按設計圖施工、擅自更改結構施工順序、改變結構受力模式;未對結構作疲勞強度驗算等。3)在使用階段,超過設計荷載的重型車輛過橋、車輛撞擊、發生大風、大雪、地震、爆炸等。
        1.2 溫度變化引起的裂縫
        混凝土具有熱脹冷縮的性質,當外部環境或結構內部溫度發生變化,混凝土將發生變形,若變形遭到約束,則在結構內將產生應力,當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。溫度裂縫的特征主要是表面裂縫的走向一般無規律性,深層或貫穿裂縫的走向一般與主筋平行或接近平行;裂縫寬度大小不一,受溫度變化的影響熱細冷寬。表面溫度裂縫常出現在現澆混凝土1 d-2 d之間,深層溫度裂縫與貫穿溫度裂縫常開始出現在現澆混凝土21 d后。引起溫度變化主要原因有:
        1)表面溫度裂縫多由于溫差較大引起的。如大體積混凝土(厚度超過2 m)澆筑之后由于水泥水化放熱,致使內部溫度很高,內外溫差太大,導致表面出現裂縫。在冬季施工時,過早除掉保溫層,或受寒潮襲擊,都導致混凝土因早期強度低而產生裂縫。此外當預制構件采用蒸汽養護時,由于降溫過快或構件急于出池,急速揭蓋,均使混凝土表面收縮,產生裂縫。
        2)深層貫穿裂縫多由于結構降溫差值大,受外界的約束而引起。如現澆橋臺混凝土或大體積剛性擴大基礎,澆筑在堅硬的地基上,未采取隔離等放松約束措施或收縮縫間距過大。在混凝土澆筑時,溫度很高,加上水泥水化熱的溫度升高很大,使溫度更高。當混凝土冷卻收縮時,全部或部分受到地基或其他外部結構的約束,在混凝土內部出現很大拉應力,進而產生降溫收縮裂縫,這類裂縫有時成貫穿狀。
        1.3 收縮引起的裂縫
        混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自身收縮和碳化收縮。收縮裂縫產生的主要原因是由于混凝土快速干燥,混凝土內水分的蒸發速率大于其泌水速率,在固體顆粒水面產生毛細管張力,混凝土自體收縮所產生的拉應力大于混凝土本身的抗拉強度而產生裂縫。收縮引起的裂縫是不規則斜裂縫,在鋼筋以上,似龜紋,常開始出現在現澆混凝土后數周或數月之間。
        1.4 地基基礎變形引起的裂縫
        由于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。地基基礎變形引起的裂縫常出現在鋼筋上方,結構變化處,常開始出現在現澆混凝土10 min到3 h內;A不均勻沉降的主要原因有:
        1)由于混凝土在塑性狀態下其基礎、支架等有不均勻沉降,使局部混凝土變形受約束而產生裂縫。
        2)由于重力作用使混凝土中較重顆粒下沉而使水泥漿上浮,當這種下沉受到鋼筋、模板作用時就會產生裂縫。


        1.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫
        由于混凝土質量較差或保護層厚度不足,混凝土保護層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面,使鋼筋周圍混凝土堿度降低,或由于氯化物介入,鋼筋周圍氯離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發生銹蝕反應,其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2倍~4倍,從而對周圍混凝土產生膨脹應力,導致保護層混凝土開裂、剝離,沿鋼筋縱向產生裂縫。
        1.6 凍脹引起的裂縫
        當大氣溫度低于零度時,吸水飽和的混凝土出現冰凍,游離的水轉變成冰,體積膨脹9%,因而混凝土產生膨脹應力;同時混凝土凝膠孔中的過冰水(結冰溫度在一78℃以下)在微觀結構中遷移和重分布,使混凝土中膨脹力加大,混凝土強度降低,導致裂縫出現。 

      2 主要裂縫的防治措施
        2.1 荷載裂縫
        應該采取合理的計算模型、限制施工機具的堆放、限制超過設計荷載的重型車輛過橋等方法避免結構產生荷載裂縫。
        2.2 溫度裂縫
        為預防混凝土溫度裂縫,應合理安排混凝土澆筑順序及澆筑速度,在混凝土澆筑過程中降低部分溫差。夏季施工時骨料要灑水降溫,冬季施工時混凝土表面應覆蓋保溫。
        2.3 收縮裂縫
        為預防收縮裂縫,應加強早期混凝土養護以降低混凝土中水分蒸發速率,方法是在結構外露面覆蓋麻袋、海綿,然后進行澆水養護。
        2.4 地基基礎變形引起的裂縫
        為預防地基基礎變形裂縫的措施主要有基礎處理,科學設計支架搭設,對支架進行全面積預壓以消除非彈性變形;在混凝土中加減水劑以減少混凝土泌水,確;炷帘Wo層厚度,混凝土施工時進行二次抹面;以及澆筑前將基層和模板充分澆水濕透等。
        2.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫
        要防止鋼筋銹蝕,設計時應根據規范要求控制裂縫寬度,采用足夠的保護層厚度;施工時應控制混凝土的水灰比,加強振搗,最大限度地保證混凝土自身密實、完好,保持高堿度和防止有害離子入侵;同時嚴格控制含氯鹽的外加劑用量,沿海地區或其他存在腐蝕性強的空氣、地下水地區尤其應慎重。
        2.6 凍脹引起的裂縫
        冬季施工時,采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法養護以及在混凝土拌合水中摻入防凍劑(但氯鹽不宜使用),可保證混凝土在低溫或負溫條件下硬化。在橋梁建設和使用過程中,混凝土開裂可以說是常見病癥,其經常困擾著橋梁工程技術人員。通過文中的論述,使施工人員更加正確地認識裂縫成因,并能提出合理的防治措施,進一步提高橋梁工程的耐久性。


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