市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的分析
2015-08-04
一、前言
市政橋梁多采用混凝土結(jié)構(gòu)?；炷敛牧暇哂腥〔膹V泛、抗壓強(qiáng)度高、可澆筑成形、耐火性好、不易老化的特性，所以在橋梁結(jié)構(gòu)中廣為使用。然而混凝土材料容易出現(xiàn)裂縫，這對于橋梁來說不僅影響壽命，還會帶來安全問題。如何能夠有效地消除橋梁結(jié)構(gòu)的裂縫，保證市政橋梁的施工質(zhì)量，這是一個急需解決的問題。二、混凝土橋梁施工裂縫產(chǎn)生原因 裂縫可分為結(jié)構(gòu)性裂縫及非結(jié)構(gòu)性裂縫兩大類型，其中結(jié)構(gòu)性裂縫可分為設(shè)計性結(jié)構(gòu)裂縫及施工性結(jié)構(gòu)裂縫。非結(jié)構(gòu)性裂縫可分為塑性裂縫、溫差裂縫、長期干縮裂縫、龜裂縫及其它侵害性裂縫。
1、結(jié)構(gòu)性裂縫的形成原因
設(shè)計結(jié)構(gòu)裂縫是指設(shè)計時采用的結(jié)構(gòu)型式在荷載作用下必然會產(chǎn)生的裂縫,如非預(yù)應(yīng)力的預(yù)制梁板及非預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁等。雖然在施工時針對這種形式設(shè)置了預(yù)拱,但在荷載作用下,預(yù)拱消失后梁底抗拉區(qū)的混凝土最終還是要開裂的。非預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁還在梁頂負(fù)彎矩區(qū)產(chǎn)生裂縫。這種裂縫是正常的、安全的,但裂縫的寬度應(yīng)小于0.20mm 或設(shè)計規(guī)定的范圍,若超過這個范圍,那么這種裂縫就不正常了,就需要對其成因及安全性作進(jìn)一步分析和鑒定。
預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的張拉裂縫一般是由于錨墊板位置沒按設(shè)計位置布置、錨墊板后螺旋筋沒有頂牢錨墊板、錨墊板處混凝土不密實或混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計或規(guī)范規(guī)定的張拉強(qiáng)度時進(jìn)行張拉等原因造成的;普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁拆架過程中產(chǎn)生的裂縫是由于落架順序不當(dāng)或落架時間過長引起的,因為一聯(lián)箱梁落架不可能在瞬間完成,有一個從簡支梁到連續(xù)梁的受力體系以接近設(shè)計受力體系的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換的過程，那么連續(xù)梁的負(fù)彎矩區(qū)在架拆除跨中支架過程中梁頂是有可能會產(chǎn)生橫向裂縫的，梁底正彎矩區(qū)也有可能會出現(xiàn)橫向裂縫。
2、非結(jié)構(gòu)性裂縫的形成原因
（一）塑性裂縫與收縮裂縫塑性裂縫,即混凝土在可塑狀態(tài)下出現(xiàn)的裂縫,分為沉降裂縫和收縮裂縫兩種形式。沉降裂縫產(chǎn)生的原因一是由于混凝土在塑性狀態(tài)下其基礎(chǔ)與支架等有不均勻沉降,使局部混凝土的變形受約束導(dǎo)致裂縫;二是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(dāng)這種下沉受到鋼筋、模板拉桿約束時就會產(chǎn)生裂縫。收縮裂縫產(chǎn)生的主要原因是由于混凝土快速干燥,混凝土內(nèi)水份的蒸發(fā)速率大于其泌水速率,在固體顆粒表面形成彎月形、產(chǎn)生毛細(xì)管張力,混凝土收縮等所產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度而導(dǎo)致裂縫。
（二）溫差裂縫。溫差裂縫,即由于混凝土本體內(nèi)外部溫度的變化及混凝土本體表面溫度與環(huán)境溫度的差異使混凝土自體收縮不均而產(chǎn)生的裂縫。由于早期混凝土構(gòu)件被模板等材料隔離,水泥水化所產(chǎn)生的熱量無法及時散發(fā)到空氣中, 故在初始24h 內(nèi)混凝土溫度將升高, 過幾天后隨著熱量的散發(fā)混凝土將變冷,此時混凝土?xí)a(chǎn)生收縮,這種收縮受結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋及外部模板等約束而使混凝土開裂;當(dāng)混凝土冬季施工時,由于混凝土散熱快,其內(nèi)部溫度較高,而表面溫度受環(huán)境影響變得較低,表面混凝土的收縮率大于混凝土內(nèi)部的收縮率,從而使表面混凝土產(chǎn)生裂縫。
（三）長期干縮裂縫。長期干縮裂縫,即混凝土長期暴露于不飽和的空氣中由于物理的、化學(xué)的失水使混凝土體積縮小, 當(dāng)縮小受到約束時產(chǎn)生的裂縫。通常來講,干縮產(chǎn)生的混凝土應(yīng)變速率非常慢,而且混凝土徐變產(chǎn)生的松弛可抵消部分干縮應(yīng)變。但混凝土設(shè)計的體積與表面積的比值、分布鋼筋的布置、混凝土的配合比及混凝土所處環(huán)境的溫度、濕度等都會導(dǎo)致干縮裂縫。
3、鋼筋銹蝕引起的裂縫
由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，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(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2~4倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。
4、施工材料質(zhì)量引起的裂縫
混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。如：水泥、砂、石骨料、以及拌和水及外加劑等。
三、橋梁混凝土裂縫的防治措施分析
1、設(shè)計要合理
?。ㄒ唬┰O(shè)計中的“抗”與“放”。所謂“抗”就是處于約束狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，沒有足夠的變形余地時，為防止裂縫所采取的有力措施。“放”就是結(jié)構(gòu)完全處于自由變形無約束狀態(tài)下，有足夠變形余地時所采取的措施。設(shè)計人員應(yīng)靈活地運(yùn)用“抗——放”結(jié)合、或以“抗”為主、或以“放”主的設(shè)計原則，來選擇結(jié)構(gòu)方案和使用的材料。
?。ǘ┰O(shè)計中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來的應(yīng)力集中。如因結(jié)構(gòu)或造型方面原因等而不能回避時。應(yīng)做局部處理，如在轉(zhuǎn)角處做圓角，突變處做成漸變過渡，同時考慮加強(qiáng)構(gòu)造配筋，轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋，對于較大孔洞有條件時可在周邊設(shè)置護(hù)邊角鋼。
?。ㄈ┓e極采取補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。在常見的混凝土裂縫中，有相當(dāng)部分都是由于混凝土收縮而造成的。要解決由于收縮而產(chǎn)生的裂縫，可在混凝土中摻用膨脹劑來補(bǔ)償混凝土的收縮，實踐證明，效果是很好的。
2、嚴(yán)格控制混凝土施工配合比
根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級和質(zhì)量檢驗以及混凝土和易性的要求確定配合比，嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量，要求監(jiān)理嚴(yán)格監(jiān)督控制。把好質(zhì)量關(guān)，選擇級配良好的石子，控制砂的粒徑及含量，適當(dāng)減少空隙率以減少混凝土收縮量，從而加強(qiáng)混凝土抗裂強(qiáng)度。
3、加強(qiáng)溫度控制
溫度裂縫區(qū)別其他裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏，而引起溫度的變化的因素主要是年溫差、日照、驟然降溫、水熱火等。因此要想有效防治因溫度而引起的裂縫，可采取選擇高性能的混凝土，增加抗裂效果；在混凝土中添加減水劑，在橋梁施工中，采取二次抹面；施工中盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥單位用量，減少骨料入模溫度，同時采取相關(guān)的措施進(jìn)行散熱；合理的養(yǎng)護(hù)，在夏季時對混凝土骨料進(jìn)行灑水，在冬季施工中對混凝土表面采取保溫措施等等。
4、注意材料的選擇
（一）大體積混凝土中水泥的品種及用量。在大體積混凝土施工中應(yīng)盡量使用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥。我們應(yīng)該充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，以減少水泥的用量。因為大體積混凝土施工期限長，不可能28d向混凝土施加設(shè)計荷載，因此將試驗混凝土標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的齡期向后推遲至56d或者90d是合理的。充分利用后期強(qiáng)度每立方米混凝土可以減少水泥用量40～70kg左右，混凝土內(nèi)部的溫度相應(yīng)降低4～7℃。
?。ǘ郊油饧恿虾屯饧觿Ｔ诖篌w積混凝土中摻入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密實度，提高抗?jié)B能力，改善混凝土的工作度，降低最終收縮值，減少水泥用量。要降低大體積混凝土的水泥水化熱引起的內(nèi)部溫升，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫，利用粉煤灰作混凝土的摻合料是最有效的方法之一。外加劑可以從以下幾個方面來選擇。UFA膨脹劑，它可以等量替換水泥。并且是混凝土產(chǎn)生適度的膨脹。一方面保證混凝土的密實度，另一方面使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓力，以抵消混凝土中產(chǎn)生的部分拉應(yīng)力。減水緩凝劑，并應(yīng)保證一定的坍落度。這樣可以延緩水化熱的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以達(dá)到減少水化熱的目的。
四、結(jié)束語
市政橋梁施工關(guān)系到城市的發(fā)展和人民生命安全，對于橋梁結(jié)構(gòu)裂縫要高度重視，抓好落實，認(rèn)真研究裂縫產(chǎn)生的原因，積極想辦法應(yīng)對，妥善解決橋梁裂縫問題，保證市政橋梁的安全。
