桥梁施工中混凝土裂缝产生的原因及防治对策

李健飞 张 爽

摘要:造成桥梁出现裂缝的原因是多种多样,非常复杂的,设计疏漏、施工低劣、监理不力,均可能使混凝土桥梁出现裂缝。混凝土裂缝产生的原因主要可分为两大类:第一类在荷载的作用下,使桥梁的某个部位产生裂缝,但是很少见的,也是不允许出现的。第二类是由于变形荷载产生的裂缝,在桥梁砼施工中较为普遍。变形荷载的变形作用主要包括气温、水泥水化引起温差使混凝土变形,地基不均匀下沉使混凝土开裂变形,预应力梁施工中预应力筋放张,不均匀受力使混凝土开裂变形等均属变形荷载作用。

关键词:裂缝

1 产生裂缝的因素:

1.1 荷载引起的裂缝

设计计算阶段,结构计算时不计算或部分漏算;计算模型不合理;结构刚度不足;构造处理不当。施工阶段,不加限制地堆放施工机具、材料;不了解预制结构受力特点,随意翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸施工,擅自更改结构施工顺序,改变结构受力模式;不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。使用阶段,超出设计载荷的重型车辆过桥;受车辆、船舶的接触、撞击等。

1.2 温度变化引起的裂缝

引起温度变化主要因素有:日照。水化热。

1.3 收缩引起的裂缝

1.4 地基础变形引起的裂缝

1.5 施工材料质量引起的裂缝

1.5.1 水泥

水泥出厂时强度不足,水泥受潮或过期,可能使混凝土强度不足,从而导致混凝土开裂。当水泥含碱量较高(例如超过0.6%),同时又使用含有碱活性的骨料,可能导致碱骨料反应。

1.5.2 砂、石、集料

砂石的粒径、级配不合理、杂质含量。

砂石粒径太小、级配不良、空隙率大,将导致水泥和拌和水用量加大,影响混凝土的强度,使混凝土收缩加大,如果使用超出规定的特细砂,后果更严重。

1.5.3 拌和水及外加剂。拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用含碱的外加剂,可能对碱骨料反应有影响。

1.6 施工工艺质量引起的裂缝

混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。

混凝土浇筑过快,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,容易在浇筑数小时后发生裂缝,既塑性收缩裂缝。

混凝土搅拌、运输时间过长,使水分蒸发过多,引起混凝土塌落度过低,使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。

混凝土初期养护时急剧干燥,使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。

混凝土分层或分段浇筑时,接头部位处理不好,易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。采用分段现浇时,先将混凝土接触面凿毛、清洗不好,新旧混凝土之间粘结力小,或后浇混凝土养护不到位,导致混凝土收缩而引起裂缝。

施工时拆模过早,混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。

施工质量控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料计量不准,结果造成混凝土强度不足和其他性能(和易性、密实度)下降,导致结构开裂。

2 混凝土裂缝的防治

2.1 施工预防措施

对混凝土配合比设计,应考虑高温,高蒸发引起拌和物塌落度的损失;适当调整混凝土配合比增加用水量,加大水灰比,为避免混凝土强度下降可添加适量的高效减水剂。

桥梁工程所用水泥,多用普通硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥水化热高,混凝土蒸发收缩凝固较快,使混凝土表面产生裂缝,为缓解混凝土急剧收缩可适当掺入缓凝剂。

酷暑高温,混凝土拌和用水均在30摄氏度以上,为改善混凝土浇注后温度过高,可在水中加冰块降低混凝土拌和用水的温度,或者在夜间施工,避过高温烈日。

砂、碎石等材料在砼中所占比例80%左右,因此在高温下必须采取遮阳洒水措施来降低砂、料石的使用温度。

2.2 混凝土表面养护措施

高温下钢模板安装后,由于裂缝在烈日下暴晒,温度很高,所以在浇注砼前,对钢模板外侧洒水养护是必要的。降温后,使砼表面不易粘模确保混凝土表面光洁。

砼表面浇注完毕后由于混凝土水化热反映,钢模板温度很高,在钢模板外壁采用草袋覆盖,洒水降温,效果也较为明显。

拆模后混凝土表面应立即用草袋覆盖洒水养护,保证砼表面湿润,对桥梁墩柱砼可采取塑料薄膜包裹养护,不因失去水过多而产生裂缝。

2.3 施工工艺措施

材料的控制。对原材料(钢筋、水泥、砂、碎石、水等)都应进行严格的抽样检验。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。

混凝土拌和与浇注。混凝土应严格按照配合比计量投料,拌和时间不应小于1-2分钟,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1分钟左右,直至排出气泡为止。

砼塌落度的控制

混凝土运输。在运输过程中,混凝土不能离析,避免日晒雨淋,运输时间不应大于30分钟。

加强砼养生。混凝土养生的方法有洒水养生、薄膜养生和蒸汽养生等。养生时间不应少于7天。

3 对混凝土裂缝的处理

表面处理法。采用表面处理法进行修补,在混凝土表面沿裂缝涂抹树脂保护膜。施工时先用钢丝刷除去混凝土表面的附着物,再用清水清洗,干燥后,用油灰状树脂填充混凝土表面的凹瘪部分后,再进行必要的涂抹。表面处理法包括表面涂抹和表面贴补法,表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝,深度未达到钢筋表面的发丝裂缝,不漏水的裂缝,不伸缩的裂缝以及不在活动的裂缝。表面贴补法适用于大面积漏水的防渗堵漏。

填充法。用修补材料直接填充裂缝,一般用来修补较宽的裂缝(0.3mm),作业简单,费用低。宽度小于0.3mm,深度较浅的裂缝以及小规模裂缝的简易处理可采用取开V型槽,然后作填充处理。对于桥面板中间带上下贯通的裂缝,其上部采用注入施工法进行处理。沿裂缝7~8cm宽度的范围内,用砂轮机和钢丝刷去混凝土表面的游离石灰和灰尘等,并用洗净剂清洗,然后加压注入具有渗透性和粘着性的环氧树脂,以此来填充混凝土裂缝,提高桥面板的防水性,防止钢筋锈蚀及混凝土老化。

防止混凝土裂缝的主要控制技术

使用膨胀混凝土。由于混凝土的膨胀反应贯穿于混凝土水化硬化的全过程,所以自收缩可以不考虑。

掺加合成纤维。由于钢纤维混凝土价格昂贵,近几年合成纤维逐步在工程中应用。它与钢纤维的区别在于:钢纤维的阻裂效应主要体现在阻止硬化混凝土破坏时的裂缝扩展上,使硬化混凝土在开裂后仍保持一定的抗拉强度,阻裂效应作用的结果是提高了硬化混凝土的变形能力,使混凝土基材在破坏后仍保持一定的延性。聚丙烯腈纤维和聚丙烯纤维属于合成纤维,阻裂效应主要体现在消除或减轻了早期混凝土中原生裂隙的发生和发展,使混凝土的塑性收缩减小。相对于大体积混凝土来说,合成纤维混凝土更适用于大面积混凝土结构中即它可用于阻止或尽量减少大面积混凝土结构中裂缝的出现。合成纤维的加入,对混凝土性能的影响是全面的、综合性的;其对早龄期混凝土体积稳定性的提高,进而降低混凝土早期收缩裂缝这一特点的应用价值最高。

结构设计中,钢筋混凝土结构构件是允许带裂缝工作的,问题不在有无裂缝,而在于出现什么样的裂缝。当桥梁发生开裂现象后,应从设计、施工及其使用状况等各方面进行细致地调查测试及详尽地分析,找出开裂的主要原因,分析裂缝的性质,预料其对结构的危害性,判断其需要修补或加固的紧迫性,最后采取合理、有效、经济的修补加固措施,使桥梁损伤尚在轻微时期就能得到修补,保证其正常地使用。