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cheng因yin著zhe手shou,旨zhi在zai找zhao出chu各ge種zhong裂lie縫feng的de防fang治zhi措cuo施shi,並bing提ti出chu簡jian單dan的de裂lie縫feng修xiu補bu方fang法fa。以yi方fang便bian工gong程cheng技ji術shu人ren員yuan能neng夠gou對dui症zheng下xia藥yao,盡jin量liang避bi免mian危wei害hai較jiao大da的de裂lie縫feng在zai工gong程cheng中zhong出chu現xian。
在(zai)橋(qiao)梁(liang)建(jian)造(zao)和(he)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong),混(hun)凝(ning)土(tu)裂(lie)縫(feng)經(jing)常(chang)出(chu)現(xian)。混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)裂(lie)縫(feng)是(shi)由(you)於(yu)混(hun)凝(ning)土(tu)內(nei)部(bu)應(ying)力(li)和(he)外(wai)部(bu)荷(he)載(zai)作(zuo)用(yong),以(yi)及(ji)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)等(deng)因(yin)素(su)作(zuo)用(yong)下(xia)形(xing)成(cheng)的(de)。一(yi)般(ban)正(zheng)常(chang)大(da)氣(qi)條(tiao)件(jian)下(xia),荷(he)載(zai)組(zu)合(he)I作用下寬度小於0.2 mm的裂縫,荷載組合Ⅱ,Ⅲ作用下寬度小於0.25 mm.的裂縫以及處於嚴重暴露情況下,寬度小於0.1 mmdeliefengdoushuyuzhengchangdegongzuoliefeng。chaochuyishangfanweideliefengshuyufeizhengchangliefeng,zhongjiuhuiyingxiangjiegouwudenaijiuxing。bingqieyouxieliefengzaishiyonghezaihuowaijiewuli、化學因素的作用下,不斷擴展,不但會影響混凝土表麵的美觀、減(jian)小(xiao)鋼(gang)筋(jin)的(de)混(hun)凝(ning)土(tu)保(bao)護(hu)層(ceng)厚(hou)度(du),而(er)且(qie)易(yi)引(yin)發(fa)混(hun)凝(ning)土(tu)麵(mian)層(ceng)剝(bo)落(luo),加(jia)速(su)鋼(gang)筋(jin)的(de)鏽(xiu)蝕(shi),降(jiang)低(di)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)抗(kang)凍(dong)性(xing)及(ji)耐(nai)久(jiu)性(xing),嚴(yan)重(zhong)時(shi)甚(shen)至(zhi)發(fa)生(sheng)垮(kua)塌(ta)事(shi)故(gu),所(suo)以(yi)必(bi)須(xu)加(jia)以(yi)控(kong)製(zhi)。混(hun)凝(ning)土(tu)裂(lie)縫(feng)的(de)成(cheng)因(yin)複(fu)雜(za)而(er)繁(fan)多(duo),有(you)時(shi)甚(shen)至(zhi)多(duo)種(zhong)因(yin)素(su)相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)。但(dan)就(jiu)一(yi)些(xie)具(ju)體(ti)裂(lie)縫(feng)而(er)言(yan),總(zong)有(you)主(zhu)導(dao)原(yuan)因(yin)。為(wei)了(le)便(bian)於(yu)分(fen)析(xi)、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、鋼筋鏽蝕引起的裂縫、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,結構安全係數不夠;結構設計未考慮施工的可行性,設計截麵不足;鋼筋設計偏少或布置錯誤,結構剛度不夠等⋯。2)施工時不加限製地堆放施工機具、材料;不了解預製結構受力特點,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hun凝ning土tu具ju有you熱re脹zhang冷leng縮suo的de性xing質zhi,當dang外wai部bu環huan境jing或huo結jie構gou內nei部bu溫wen度du發fa生sheng變bian化hua,混hun凝ning土tu將jiang發fa生sheng變bian形xing,若ruo變bian形xing遭zao到dao約yue束shu,則ze在zai結jie構gou內nei將jiang產chan生sheng應ying力li,當dang應ying力li超chao過guo混hun凝ning土tu抗kang拉la強qiang度du時shi即ji產chan生sheng溫wen度du裂lie縫feng。溫wen度du裂lie縫feng的de特te征zheng主zhu要yao是shi表biao麵mian裂lie縫feng的de走zou向xiang一yi般ban無wu規gui律lv性xing,深shen層ceng或huo貫guan穿chuan裂lie縫feng的de走zou向xiang一yi般ban與yu主zhu筋jin平ping行xing或huo接jie近jin平ping行xing;裂縫寬度大小不一,受溫度變化的影響熱細冷寬。表麵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後。引起溫度變化主要原因有:
1)表麵溫度裂縫多由於溫差較大引起的。如大體積混凝土(厚度超過2 m)澆jiao築zhu之zhi後hou由you於yu水shui泥ni水shui化hua放fang熱re,致zhi使shi內nei部bu溫wen度du很hen高gao,內nei外wai溫wen差cha太tai大da,導dao致zhi表biao麵mian出chu現xian裂lie縫feng。在zai冬dong季ji施shi工gong時shi,過guo早zao除chu掉diao保bao溫wen層ceng,或huo受shou寒han潮chao襲xi擊ji,都dou導dao致zhi混hun凝ning土tu因yin早zao期qi強qiang度du低di而er產chan生sheng裂lie縫feng。此ci外wai當dang預yu製zhi構gou件jian采cai用yong蒸zheng汽qi養yang護hu時shi,由you於yu降jiang溫wen過guo快kuai或huo構gou件jian急ji於yu出chu池chi,急ji速su揭jie蓋gai,均jun使shi混hun凝ning土tu表biao麵mian收shou縮suo,產chan生sheng裂lie縫feng。
2)深shen層ceng貫guan穿chuan裂lie縫feng多duo由you於yu結jie構gou降jiang溫wen差cha值zhi大da,受shou外wai界jie的de約yue束shu而er引yin起qi。如ru現xian澆jiao橋qiao台tai混hun凝ning土tu或huo大da體ti積ji剛gang性xing擴kuo大da基ji礎chu,澆jiao築zhu在zai堅jian硬ying的de地di基ji上shang,未wei采cai取qu隔ge離li等deng放fang鬆song約yue束shu措cuo施shi或huo收shou縮suo縫feng間jian距ju過guo大da。在zai混hun凝ning土tu澆jiao築zhu時shi,溫wen度du很hen高gao,加jia上shang水shui泥ni水shui化hua熱re的de溫wen度du升sheng高gao很hen大da,使shi溫wen度du更geng高gao。當dang混hun凝ning土tu冷leng卻que收shou縮suo時shi,全quan部bu或huo部bu分fen受shou到dao地di基ji或huo其qi他ta外wai部bu結jie構gou的de約yue束shu,在zai混hun凝ning土tu內nei部bu出chu現xian很hen大da拉la應ying力li,進jin而er產chan生sheng降jiang溫wen收shou縮suo裂lie縫feng,這zhe類lei裂lie縫feng有you時shi成cheng貫guan穿chuan狀zhuang。
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(幹縮)shifashenghunningtutijibianxingdezhuyaoyuanyin,lingwaihaiyouzishenshousuohetanhuashousuo。shousuoliefengchanshengdezhuyaoyuanyinshiyouyuhunningtukuaisuganzao,hunningtuneishuifendezhengfasulvdayuqimishuisulv,zaigutikelishuimianchanshengmaoxiguanzhangli,hunningtuzitishousuosuochanshengdelayinglidayuhunningtubenshendekanglaqiangduerchanshengliefeng。shousuoyinqideliefengshibuguizexieliefeng,zaigangjinyishang,siguiwen,changkaishichuxianzaixianjiaohunningtuhoushuzhouhuoshuyuezhijian。
1.4 地基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。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。基礎不均勻沉降的主要原因有:
1)由於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)由於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 鋼筋鏽蝕引起的裂縫
由(you)於(yu)混(hun)凝(ning)土(tu)質(zhi)量(liang)較(jiao)差(cha)或(huo)保(bao)護(hu)層(ceng)厚(hou)度(du)不(bu)足(zu),混(hun)凝(ning)土(tu)保(bao)護(hu)層(ceng)受(shou)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)侵(qin)蝕(shi)碳(tan)化(hua)至(zhi)鋼(gang)筋(jin)表(biao)麵(mian),使(shi)鋼(gang)筋(jin)周(zhou)圍(wei)混(hun)凝(ning)土(tu)堿(jian)度(du)降(jiang)低(di),或(huo)由(you)於(yu)氯(lv)化(hua)物(wu)介(jie)入(ru),鋼(gang)筋(jin)周(zhou)圍(wei)氯(lv)離(li)子(zi)含(han)量(liang)較(jiao)高(gao),均(jun)可(ke)引(yin)起(qi)鋼(gang)筋(jin)表(biao)麵(mian)氧(yang)化(hua)膜(mo)破(po)壞(huai),鋼(gang)筋(jin)中(zhong)鐵(tie)離(li)子(zi)與(yu)侵(qin)入(ru)到(dao)混(hun)凝(ning)土(tu)中(zhong)的(de)氧(yang)氣(qi)和(he)水(shui)分(fen)發(fa)生(sheng)鏽(xiu)蝕(shi)反(fan)應(ying),其(qi)鏽(xiu)蝕(shi)物(wu)氫(qing)氧(yang)化(hua)鐵(tie)體(ti)積(ji)比(bi)原(yuan)來(lai)增(zeng)長(chang)約(yue)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
當大氣溫度低於零度時,吸水飽和的混凝土出現冰凍,遊離的水轉變成冰,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、限製施工機具的堆放、限製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(wei)預(yu)防(fang)混(hun)凝(ning)土(tu)溫(wen)度(du)裂(lie)縫(feng),應(ying)合(he)理(li)安(an)排(pai)混(hun)凝(ning)土(tu)澆(jiao)築(zhu)順(shun)序(xu)及(ji)澆(jiao)築(zhu)速(su)度(du),在(zai)混(hun)凝(ning)土(tu)澆(jiao)築(zhu)過(guo)程(cheng)中(zhong)降(jiang)低(di)部(bu)分(fen)溫(wen)差(cha)。夏(xia)季(ji)施(shi)工(gong)時(shi)骨(gu)料(liao)要(yao)灑(sa)水(shui)降(jiang)溫(wen),冬(dong)季(ji)施(shi)工(gong)時(shi)混(hun)凝(ning)土(tu)表(biao)麵(mian)應(ying)覆(fu)蓋(gai)保(bao)溫(wen)。
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,方法是在結構外露麵覆蓋麻袋、海綿,然後進行澆水養護。
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,對支架進行全麵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,確保混凝土保護層厚度,混凝土施工時進行二次抹麵;以及澆築前將基層和模板充分澆水濕透等。
2.5 鋼筋鏽蝕引起的裂縫
要防止鋼筋鏽蝕,設計時應根據規範要求控製裂縫寬度,采用足夠的保護層厚度;施工時應控製混凝土的水灰比,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;同時嚴格控製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ke保bao證zheng混hun凝ning土tu在zai低di溫wen或huo負fu溫wen條tiao件jian下xia硬ying化hua。在zai橋qiao梁liang建jian設she和he使shi用yong過guo程cheng中zhong,混hun凝ning土tu開kai裂lie可ke以yi說shuo是shi常chang見jian病bing症zheng,其qi經jing常chang困kun擾rao著zhe橋qiao梁liang工gong程cheng技ji術shu人ren員yuan。通tong過guo文wen中zhong的de論lun述shu,使shi施shi工gong人ren員yuan更geng加jia正zheng確que地di認ren識shi裂lie縫feng成cheng因yin,並bing能neng提ti出chu合he理li的de防fang治zhi措cuo施shi,進jin一yi步bu提ti高gao橋qiao梁liang工gong程cheng的de耐nai久jiu性xing。