桥梁混凝土裂缝分析
2015-05-25
桥梁施工、使用过程中,大小程度不一的混凝土裂缝经常出现。其形成多是由混凝土内部应力和外部荷载相互作用引起,以及内外部环境温度的变化引发。正常环境气温条件,的宽度小于0.2mm混凝土裂缝基本都是由荷载组合I作用引起,而宽度小于0.25mm的混凝土裂缝则是由荷载组合Ⅱ、Ⅲ作用引起,另外由于严重暴露产生的宽度小于0.1mm的混凝土裂缝,都被界内认为是正常裂缝。对于超出以上原因、范围的引起的混凝土裂缝,都被认为是非正常裂缝,长期存在会严重影响桥梁结构物的耐久使用性。并且有些裂缝会在荷载及外界因素作用下,发生进一步扩展,一方面影响混凝土外观美观、减少钢筋混凝土的外保护层厚度;另一面则会加速混凝土脱落,引发与加速混凝土内部钢筋锈蚀,严重者可导致桥梁垮塌事故,因此需要加以严格控制及进行必要的修复。
1 混凝土裂缝特性及产生的原因
1.1 荷载引起裂缝
引起荷载裂缝的结构原因有多个方面,一是桥梁结构计算过程中计算模型选择的不合理,少算或者漏算荷载,导致桥梁实际受力小于桥梁结构设计受力;二是桥梁结构内力、钢筋数量计算错误等导致桥梁结构的安全系数不足;三是桥梁结构设计中缺乏对施工可行性的充分考虑,导致桥梁结构存在刚度缺陷。除结构原因外,还存在外部原因引起,一是未正式交付使用前的施工中随意的堆放机械、工具、建筑材料;在没有充分了解桥梁结构受力特点情况下,随意的起吊、安装、运输机械,大幅度的改度桥梁外部受力引发裂缝;二是桥梁施工中随意更改程序、结构受力模式,不按施工图纸施工,导致桥梁存在受力缺陷;三是使用过程中不注意对桥梁进行保护,超载重型车辆过桥、或者遭受车辆撞击,以及地震环境自然灾害影响,使混凝土产生裂缝。
1.2 温度变化引起裂缝
温度变化引起的混凝土裂缝,可以分为表面裂缝和深层、贯穿性裂缝。表面裂缝走向一没有规律性;深层、贯穿裂缝走向有一定的规律性,基本是平行或者接近平行于主筋方向。温度裂缝产生原因主要有两个方面,一是由于大的的温差变化引起。如由水泥水化作用放热引起的混凝土部温度急剧升高,内外温差加大,产生裂缝,这些裂缝多为表面裂缝,特别是冬季环境下较容易出现;二是同样由于温差值过大,但外界给予了过多约束,引起混凝土的深度开裂形成深层、贯穿裂缝。
1.3 地基变形引起裂缝
地基变形裂缝多出现在混凝土浇筑10min～3h内,位置在钢筋上方。地基变形多是指地基不均匀沉降。原因主要有以几个方面,一是混凝土塑性状态下其基础、支架等发生不均匀沉降,导致局部混凝土受约束变形而产生裂缝;二是混凝土重力作用导致混凝土中较重成分颗粒快速下沉、泥浆上浮,导致钢筋急剧受力或者急剧挤压模板,导致钢筋、模板变形,引发混凝土裂缝。
1.4 钢筋锈蚀引起裂缝
钢筋锈蚀多是由于其表面碳化引起,而钢筋表面碳化则是因为混凝土碱度改变,原因可能是氯化物渗入、钢筋周围氯离子浓度升高,破坏钢筋外表氧化膜,铁离子与空气中的氧气、水分反应,发生锈蚀。发生锈蚀的钢筋会增大凝土外表面的张力,使混凝土保护层开裂,产生纵向贯穿裂缝。
1.5 冻胀引起裂缝
冻胀裂缝多发冬季,当环境温度下降至零度以下时,混凝土中的水由于冰冻发生游离变成冰,一般情况下水变成冰体积约增大9%,增大混凝土内部张力。
混凝土凝胶孔中存在的过冰水也会在微观结构上发生变化,产生迁移或者重分布,增大混凝土膨胀力,降低混凝土强度,导致裂缝出现。
2 混凝土主要裂缝防护处理措施
2.1 荷载裂缝的防护处理
使用合理的计算模型计算桥梁结构;施工场地禁止堆放大型施工器具,限制超载车辆过桥,特别是新浇筑混凝土桥梁工程。
2.2 温度裂缝的防护处理
合理安排混凝土浇注整度、顺序,避免浇注内外部环境出现大幅温差,特别冬季施工,有对其采取覆盖等保温措施,而夏季施工则需要对骨料洒水及时降温。
2.3 基础变形裂缝的防护处理
对由于基础变形引起的混凝土裂缝的防护、处理,可以改进设计支架结构、科学的搭设支架,妥善处理支架预压、非弹性变形问题;防止混凝土裂缝发生。同时,可以通过适当减少掺水量,防止混凝土发生泌水。在保证混凝土保护层厚度的基础上,要进行必要的二次抹面等。
2.4 钢筋锈蚀裂缝的防护处理
首先,科学控制混凝土的水灰比,浇筑过程中加大振捣力度,保证混凝土浇筑密实、完好;其次,防止高碱度、有害元素离子入侵至混凝土内部,特别是对氯盐及其它外加剂的预房;第三,在混凝土用水上要注意水质腐蚀性,腐蚀性过强的水会加速钢筋氧化锈蚀。
2.5 冻胀裂缝的防护处理
冻胀裂缝的预防,主要是保证施工过程中混凝土的温度,使其能良硬化。具体方法,如:暖棚法、电气加热法、蒸汽加热法、地下蓄热法等;也可以将适量的防冻剂放入混凝土中,提高防冻能力,在冬季施工条件下,要特别加强保温防护措施力度。
3 结语
混凝土裂缝已经桥梁施工、使用过程中最常见现象之一,其也一直困扰着相关桥梁工程设计、施工人员。针对此问题,对其产生原因及有效防护处理进行分析研究,旨在促使相关人员更加科学正确地认识、分析桥梁工程混凝土裂缝成因,采取必要的防治措施,避免裂缝产生,具有重要意义。
