关于桥梁混凝土墩身裂缝成因分析及其控制方法技术探究

2014-08-15董旭明

黑龙江交通科技 2014年2期

关键词：墩身桥墩骨料

董旭明

(山西交通科学研究院)

1 混泥土桥梁各类墩身裂缝成因分析

1.1 荷载作用引起的裂缝

(1)设计原因。在桥梁设计时，对于结构受力的假设与实际情况差距过大;安全系数不够;设计人员没有考虑施工过程的可操作性;配筋过少或布置不合理;结构自身刚度不足等。

(2)施工阶段。混合材料不均匀，由于搅拌不均匀，材料的膨胀性和收缩的差异，引起局部的一些裂缝。长时间搅拌，混凝土运输时间过长，长时间搅拌突然停止后很快硬化产生的异常凝结，引起网状裂缝。浇筑速度过快，当构件高度较大，如一次快速浇筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，产生下沉，引起裂缝。

1.2 温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩的性质，当桥墩外部或内部环境温度发生变化时，结构发生变形。此时，结构将由于约束的存在产生应力，混凝土的抗拉强度很低，当此应力大于混凝土的限值时就会引起温度裂缝。

桥墩温度变化的一个主要因素就是水化热。混凝土浇注过程中水泥水化放热，受混凝土自身的不良导热性以及热胀冷缩性质的影响，桥墩内部温度升高体积膨胀而外部温度相对较低发生收缩，内外相互作用易导致桥墩混凝土外部产生很大的温度拉应力，如果抗拉强度不足以抵抗该拉应力，会引发桥墩竖向开裂。水化热量取决于水泥的矿物组分、混合材和细度。

1.3 施工材料质量引起的裂缝

水泥、骨料、砂、拌和用水以及各类添加剂是组成混凝土的主要材料。如果使用不合格的材料配置混凝土，结构也极有可能发生开裂。例如，水泥的安定性差、游离氧化钙含量过高、水泥出厂时强度不足;砂石粒径太小、级配不良、空隙率大;拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高等因素，均可能引起桥墩混凝土开裂。

1.4 其他可能引起桥梁裂缝的原因

(1)冻胀引起的裂缝:当气温低于0 ℃时，已处于吸水饱和状态的混凝土会发生冰冻，混凝土中游离的水冻结成冰，其体积会增大9%，混凝土内部也会产生膨胀应力。

(2)基础变形引起的裂缝:基础的水平向位移，或竖向沉降不均匀，均是引起混凝土结构中附加应力的重要原因。

(3)钢筋锈蚀引起的裂缝:钢筋锈蚀产生体积膨胀可达原体积的数倍，使钢筋位置处的混凝土受到内压力而产生裂缝，并随之剥落。

(4)偶然外力冲击引起的裂缝:外力撞击、发生大风、大雪、地震、爆炸等偶然外力所产生的冲击也是引起桥墩开裂甚至破坏不可忽视的因素。

2 桥梁墩身裂缝的预防与处理

2.1 墩身裂缝的预防

2.1.1 低温低热混凝土

混凝土早期热裂缝的预防措施大多是针对Tp 和ΔTt的。低温混凝土的优点很多，有助于提高混凝土的防裂性能，在实际中广泛为应用。而在某些工程中，使用低热混凝土也不失为一种实际且有效的防裂手段。

2.1.2 混凝土材料选配

(1)水泥。在设计强度要求不高的大体积混凝土施工过程中，可配制低升温、低发热的混凝土，其实现方法为选用发热量低的水泥并减小水泥用量。然而，如果某些大体积混凝土的设计强度较高，则可使用掺有高磨细度矿渣粉的高强矿渣硅酸盐水泥。

(2)骨料。试验研究表明，混凝土受拉破坏的主要形式是水泥石与粗骨料的粘接界面处的破坏。因此，混凝土的抗拉强度很大程度上取决于水泥将与骨料的粘接强度。骨料的粒径、粗骨料的清洁程度均是影响混凝土抗拉强度的主要因素。细骨料应采用中粗砂，细度模数Mf≥2.5。较低的水灰比、级配良好的骨料、质量良好的砂石、适量添加粉煤灰和外加剂，都可以减少水泥水化热，降低水泥用量和混凝土温度的上升，达到减小混凝土内部拉应力的效果。

(3)外加剂。根据设计要求，混凝土在拌和过程中可加入一定量的添加剂(主要有减水剂、防水剂、膨胀剂、缓凝剂等)。由于添加剂能够提高混凝土的和易性，因此拌和水用量可减少两成左右，这使得水灰比可以控制在0.55 以下。并且，混凝土的初凝时间也可延长的到五小时左右。

2.1.3 混凝土浇筑技术

(1)针对大体积混凝土发热量大的特点，采用与其特点相符的施工方法进行泵送。

(2)为了对混凝土入模时的温度进行精确控制，大体积混凝土应选在温度较低的春秋季施工。

(3)改进施工技术施工时加强插筋位置的振捣、抹压、养护。

(4)注意混泥土浇筑完成后的养护，在混泥土浇筑完成以后，应尽快用土进行回填，土是混泥土的最好养护材料之一。

(5)加强技术管理。

2.1.4 对施工期间的温度进行严格控制

控制温度以及改善约束条件，均是减轻温度应力，防止裂缝发生的有效措施，。其中，对结构约束条件进行优化又

包括合理地分缝分块与避免基础过大起伏两个方面。