橋梁混凝土裂縫產(chǎn)生原因淺議

袁文金

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,甘肅蘭州 730000)

橋梁混凝土裂縫產(chǎn)生原因淺議

袁文金

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,甘肅蘭州 730000)

混凝土裂縫經(jīng)常困擾著橋梁工程參建人員,本文對(duì)橋梁混凝土裂縫的類型、產(chǎn)生原因做了較為全面的分析總結(jié),使橋梁在建造和使用中的常見病及多發(fā)病“裂縫”,進(jìn)行一些探討,供工程建設(shè)起到很好的警示和預(yù)防,以便在今后的工程建設(shè)中時(shí)有效控制裂縫的產(chǎn)生,提高橋梁施工質(zhì)量,延長(zhǎng)橋梁使用壽命。

橋梁混凝土裂縫 原因 分析

出現(xiàn)混凝土表面裂縫過多或構(gòu)件關(guān)鍵部位出現(xiàn)裂縫等均對(duì)橋梁的外觀質(zhì)量和使用壽命有著不同程度的影響,但多條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要因素,作為工程技術(shù)人員或工程管理人員必須對(duì)裂縫的認(rèn)識(shí)要徹底。

1 荷載引起的裂縫

混凝土橋梁在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫,橋梁混凝土荷載裂縫分為直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫兩種。

(1)直接應(yīng)力裂縫。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：1)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)計(jì)算階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不符合要求,橋梁設(shè)計(jì)時(shí)只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要,而忽視從結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)造、材料、耐久性以及從設(shè)計(jì)不考慮施工的可操作性,構(gòu)造處理不當(dāng)。2)工程施工階段管控不合理,不按設(shè)計(jì)圖紙施工要求,使結(jié)構(gòu)施工順序顛倒,工地管理混亂,不加限制地堆放施工工具以及材料等。3)結(jié)構(gòu)物使用階段時(shí)超出設(shè)計(jì)載荷的要求,受車輛、船舶的接觸、撞擊,發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸等其它因素。由于中心受壓時(shí)沿構(gòu)件出現(xiàn)平行于受力方向的短而密的平行裂縫。該類型裂縫多出現(xiàn)在橋墩為獨(dú)柱或雙柱結(jié)構(gòu)的橋梁墩柱柱身上。當(dāng)荷載較大時(shí),由于混凝土塑性變形的發(fā)展,壓縮變形增加的速度快于荷載增長(zhǎng)速度;縱筋配筋率越小,這個(gè)現(xiàn)象越為明顯。由于縱向壓力的作用,促使柱的軸向縮短而側(cè)向發(fā)生膨脹,而在柱的表面形成環(huán)向拉力。

(2)次應(yīng)力裂縫。次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：1)在設(shè)計(jì)外荷載作用下,由于結(jié)構(gòu)物的實(shí)際工作狀態(tài)同常規(guī)計(jì)算差錯(cuò),從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。2)施工階段。研究表明,受力構(gòu)件挖空后,力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象,在空洞附近密集,產(chǎn)生巨大的集中應(yīng)力。

2 溫度變化引起的裂縫

年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、混凝土升降溫等引起的溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏,溫度裂縫容易發(fā)生在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中,如：橋墩、臺(tái),橋面鋪裝等部位,有時(shí)也和其他影響因素共同作用,引起混凝土裂縫。例如甘肅第一條在沙漠地區(qū)修建的高速公路——營(yíng)盤水至雙塔高速公路, 在武威境內(nèi)年日照時(shí)數(shù)在2200—3030小時(shí),年平均氣溫7．8°C,無霜期85—165天,年降水量60—610毫米,年蒸發(fā)量1400—3040毫米,是典型的內(nèi)陸型干旱氣候,次溫度變化而引起裂縫等?；炷亮芽p產(chǎn)生的主要原因是溫度和濕度的,混凝土在施工階段常受外界氣溫變化的影響?；炷齼?nèi)部溫度為水泥水化熱的絕熱溫度和澆筑溫度二者的疊加值,其中澆筑溫度與外界溫有直接關(guān)系。一般而言,外界氣溫愈高, 混凝土在硬化期間水泥放出大量水化熱,混凝土的澆筑溫度也愈高,當(dāng)氣溫下降,會(huì)大大增加外層混凝土混凝土內(nèi)部的溫度梯度,造成溫差和溫度應(yīng)力,使大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。為了防止裂縫,減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手。

3 收縮引起的裂縫

最常見的混凝土裂縫因收縮所引起。收縮裂縫對(duì)構(gòu)件承載力影響不大,主要影響影響結(jié)構(gòu)外觀和耐久性。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和炭化收縮?；炷潦湛s裂縫的主要特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細(xì),且縱橫交錯(cuò),混凝土表明呈龜裂狀,形狀沒有任何規(guī)律。

根據(jù)工程實(shí)踐表明,影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：水泥品種、標(biāo)號(hào)及用量、骨料品種、水灰比、外摻劑、養(yǎng)護(hù)方法、外界環(huán)境、振搗方式及時(shí)間。

4 配合比設(shè)計(jì)對(duì)混凝土裂縫的影響

一個(gè)設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐浜媳炔粌H會(huì)浪費(fèi)材料或不能滿足施工要求,嚴(yán)重時(shí)也能造成混凝土的裂縫。

(1)設(shè)計(jì)中水泥等級(jí)或品種選用不當(dāng)。選用水泥的核心問題是如何防止混凝土強(qiáng)度發(fā)展時(shí)產(chǎn)生大量的水化熱,即控制混凝土的絕熱溫升,避免已成型的混凝土因溫度應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。(2)配合比中水灰比水膠比過大。水灰比是影響混凝土配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素,在一種程度上不僅決定著混凝土強(qiáng)度,而且還對(duì)混凝土其他性能影響很大。特別是隨著礦物摻合料的加人,對(duì)混凝土的影響不僅是簡(jiǎn)單地取代效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng),而是對(duì)其性能的疊加效應(yīng)。(3)單方水泥用量越大、用水量越高,表現(xiàn)為水泥漿體積越大、坍落度越大,收縮越大。(4)配合比設(shè)計(jì)中砂率、水灰比選擇不當(dāng)造成混凝土和易性偏差,導(dǎo)致混凝土離淅、泌水、保水性不良,增加收縮值。合理的砂率值是根據(jù)棍凝土拌合物的坍落度、黏聚性及保水性等特征來確定的。

(5)配合比設(shè)計(jì)中混凝土膨脹劑摻量選擇不當(dāng)。摻加外加劑對(duì)節(jié)約水泥、改善混凝土的工作度、提高混凝土的性能起著重要的作用,所以建議在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)首先考慮摻加外加劑。

5 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣,容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫,特別是細(xì)長(zhǎng)薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異。事實(shí)上,對(duì)于營(yíng)雙高速公路項(xiàng)目,“簡(jiǎn)單”在表面,工程建設(shè)難度處處存在。營(yíng)雙項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域常年干旱少雨、風(fēng)沙大、光照強(qiáng)、晝夜溫差大,自然條件艱苦。當(dāng)?shù)啬暾舭l(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量,施工嚴(yán)重缺水。穿越沙漠地修高速公路固沙保路就成為施工中的重點(diǎn)之一。因此施工結(jié)合沙漠段的地形地貌、氣候、植被覆蓋度和生物量、風(fēng)沙流運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn),征用了公路兩旁界外20米范圍的沙漠地,設(shè)計(jì)采用柴草沙障加灌木防風(fēng)固沙,并采用平鋪式路緣石中央分隔帶,這樣既保護(hù)了原生態(tài)的沙地和擾動(dòng)范圍內(nèi)的植被恢復(fù),又起到了防止積沙影響施工、行車安全的作用。而這只是施工過程中的這個(gè)看似不重要實(shí)則很關(guān)鍵,看似“簡(jiǎn)單”實(shí)則很復(fù)雜的一個(gè)環(huán)節(jié)。經(jīng)過建設(shè)者們的精心施工,這條線形連貫、圓滑平順、自然流暢的與西部大漠、山川相吻合的“沙漠高速”有著別樣的風(fēng)采。

6 結(jié)語

由上述可知,導(dǎo)致橋梁設(shè)計(jì)疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力,均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。因此,嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理,是保證結(jié)構(gòu)安全耐用的前提和基礎(chǔ)。在運(yùn)營(yíng)管理過程中,進(jìn)一步加強(qiáng)巡查和管理,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題,也是相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。

[1]楊瓊義.關(guān)于混凝土橋梁施工裂縫原因及預(yù)防措施[J].科技資訊,2012年31期.

[2]林清巖,曲峰.混凝土橋梁施工裂縫產(chǎn)生原因及防治措施[J].吉林交通科技,2006年03期.