高速公路混凝土梁桥裂缝成因及处理技术

魏文武 朱嘉斌

中交四公局第六工程有限公司 新疆 库尔勒 841000

引言

高速公路桥梁工程的施工中,受到各种因素的影响,就会造成混凝土裂缝质量问题出现,影响整体工程质量安全。实际的施工中,要从多方面加强重视,保障混凝土施工的整体性和质量,避免裂缝质量问题出现。新疆依若项目桥梁共37座,桥梁体量较大,通过从理论层面对此深化研究,就能为实际施工提供相应参考,从而有效避免混凝土裂缝质量问题出现。

1 高速公路桥梁施工中混凝土裂缝的危害

混凝土裂缝会导致路面或桥面出现渗漏现象,一是水渗进混凝土的内部结构中,进而造成混凝土结构的损坏；二是混凝土裂缝在压力水作用下逐渐扩大,使表面裂缝逐渐演变成深层裂缝,进而变成贯穿裂缝,带来不可挽回的损失。混凝土碳化作用会使得混凝土的收缩和开裂变得异常频繁,长期下去就可能破坏混凝土内部结构,而混凝土裂缝的存在又使得碳化作用更加明显,大气中的二氧化碳可通过裂缝渗透进混凝土的内部结构中,而混凝土中的水泥在水化和碳化作用下会产生CaCO3。碳化作用会破坏钢筋的保护膜,降低混凝土的碱度,如果空气和水同时通过裂缝渗透进混凝土内部,就会使钢筋产生锈蚀现象,也就是说,混凝土裂缝会削弱混凝土对钢筋的保护力度,引发更严重的裂缝,给高速公路桥梁工程带来极大危害。

2 混凝土桥梁裂缝产生的原因

2.1 收缩裂缝

2.1.1 混凝土收缩引起的裂缝 混凝土结构在收缩时会受到自身的约束,如果这个过程中产生的拉应变超过混凝土拉应变的最大值,那么就会导致混凝土出现垂直的裂缝。混凝土的收缩裂缝一般不会太深,距离钢筋保护层还有一段距离,造成这种现象的原因通常是结构表面养护不到位、湿度不够。由于预制T梁的钢模没按时去掉,导致混凝土最薄处的腹板在收缩时受到钢模的束缚从而产生与表面垂直的裂缝。收缩裂缝对公路工程的荷载力不会造成影响。

2.1.2 钢筋生锈膨胀引起的裂缝 钢筋生锈后受到混凝土中水的影响会发生反应,使得体积增大,大约是膨胀前的2～4倍,钢筋生锈后遇湿胀大也是混凝土出现裂缝的重要原因。(1)混凝土碳化通常为了避免钢筋锈蚀会为混凝土增加一个保护层,钢筋表面会和弱碱性混凝土发生反应生成可以保护钢筋的钝化膜,简称“碱性保护”。但是混凝土也会碳化,这会导致保护层的酸碱性质发生改变。简而言之就是先锈后裂,物质附着在混凝土外部,不断腐蚀,钢筋表面和物质发生反应后生锈,从而钢筋表面产生膨胀,破坏混凝土保护层。混凝土与空气中的CO2及水从毛细孔渗漏与氢氧化钙发生化学反应转化为碳酸钙和水,于是混凝土p H值也从碱性13降低到中性8～10,这就是混凝土碳化。(2)氯离子侵蚀引起锈蚀氯离子具有体积小、反应快的特点,并且穿透物质的能力强,氯化钠、氯化钙中的氯离子会阻碍混凝土生成钝化膜。钢筋周围混凝土还没被碳化时,尽管混凝土呈碱性,氯离子会迅速附着在钝化膜的漏洞处,钢筋也会从氢氧化铁变成易溶的氯化铁,从而导致混凝土出现锈蚀情况。

2.2 荷载过高引起的裂缝 高速公路桥梁施工若是大型机械设备的放置不够科学合理,并且未对预制结构工艺进行多方面的关注,将会导致后期出现荷载力超标的情况,进而使桥梁承载多余的外力,这样非常容易导致桥梁裂缝的出现。另外,在桥梁施工中,一些施工人员未完全按照施工设计的图纸进行施工,对于桥梁结构的承载能力也未进行试验分析,缺少数据支撑和理论计算,这样都会造成后期承载力加大的现象产生,最后导致高速公路桥梁出现裂缝。

2.3 温度差异引起的裂缝 混凝土结构受到温度影响非常大,温度变化对结构的基本性能也会产生非常大的影响,若是混凝土的内部出现了温度过高的情况,将会导致混凝土内外温度差,产生温度应力,从而导致裂缝的出现。特别是在一些天气恶劣的情况下,外界温度极高或极低,还会导致温度应力大于承载力的情况,最后温差裂缝越来越大。

3 高速公路混凝土桥梁裂缝防治措施

3.1 裂缝修复方式 不同类型的裂缝应采用不同的方式来处理。一般而言,当裂缝宽度低于0.2mm时,可直接运用表层修补的方式来修复；当裂缝宽度在0.2～0.5mm范围内时,可运用静压注射的方式来进行修复；当裂缝宽＞0.5mm时,此时需要采用填充的方式进行裂缝修复。(1)表层封闭修复运用聚合原料与环氧原料直接在裂缝表层进行修复,在运用环氧原料时需要注意,先对裂缝9cm范围进行除尘工作,运用专门的洗刷工具进行处理,当有油渍时,采用二甲苯进行处理。当桥梁表层干燥时,可以封闭裂缝：①采用在裂缝内注入特种树脂胶,如壁可法。②采用水泥基渗透结晶型浆料涂刷,如XYPEX(赛伯斯)。对非结构性裂缝,裂缝较为密集时,为增强结构的耐久性,可以采用梁体整体喷涂工艺,如采用ZV型修补胶制作的聚合物砂浆。(2)静压注射修复同样,进行修复之前需要对桥梁裂缝做清洁处理,在裂缝中下凿3mm,将宽扩至5mm,而后进行裂缝清理,采用压缩空气的方式来清除,而后运用丙酮清洗裂缝。注射器的底座需要固定,再利用环氧原料来修补裂缝,而后需要检验密封效果,即当环氧原料成型后在表层抹泡泡水,再运用灌浆嘴以0.2 MPa的气压向内输气,发现未完全密封问题时,及时进行修复。注胶之前需要进行数据分析,首先需要固定注射器,之后填充胶液。表层的密封处理也需严格依据标准实施,确保裂缝修复效果。

3.2 荷载变化引起的裂缝的防治措施 在高速公路桥梁施工过程中,每个阶段所承载的荷载力都有所不同,因此可以利用概率的计算方法大致算出动力荷载和静力荷载的范围,然后根据荷载的范围来制定混凝土结构的模型。另外在施工的过程中还要避免施工工具的集中堆放造成的荷载过大的情况,对于通行车辆的重量也要进行严格的规定。

3.3 加强混凝土施工温度控制 保障混凝土施工质量,避免出现裂缝质量问题,就要充分注重温度控制,这就要求混凝土的搅拌过程中加强温度的控制,以及在混凝土的浇筑过程中加强温度控制,和后期的混凝土养护环节做好温度控制的工作。混凝土施工中避免对混凝土暴晒,夜间停工也要能做好相应防护工作。高速公路桥梁工程使用的水泥多是普通硅酸盐水泥,水化热比较高,比较容易出现裂缝,这就需要进行添加相应缓凝剂。

结语

总而言之,我国的基础设施建设发展过程中,随着市场化经济的逐步成熟,对基础设施建设的要求也在不断提高,其中高速公路桥梁就是基础设施建设的重要内容。加强混凝土裂缝的防治,就要从多方面充分考虑,采取多样化的方法应用保障混凝土施工质量。希望此次研究能为解决实际问题有所裨益。