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浅谈桥梁混凝土收缩型裂缝成因

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来源:
论文网
2018/01/24 10:47
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1、引言 

   随着社会的不断进步、以及我国交通基础建设的发展,混凝土在桥梁结构中的应用也越来越多。但是,相应暴露出来的质量问题也越来越多,在桥梁建造和使用过程中,由于混凝土裂缝而影响工程质量甚至造成桥梁坍塌的事例屡见不鲜。裂缝是混凝土桥梁存在的常见病害,严重影响桥梁的使用性能,如不及时修补和维护,会影响桥梁的使用性能,也会造成主体结构的破坏。 

   混凝土桥梁裂缝的种类,就其产生的原因,大致可划分如下几种:荷载引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、收缩引起的裂缝、地基变形引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、冻胀引起的裂缝、施工材料质量引起的裂缝、施工工艺质量引起的裂缝等。本文主要探讨收缩引起的裂缝。 

   2、桥梁混凝土收缩型裂缝及其成因 

   2、1收缩型裂缝 

   实际工程中,混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。混凝土中含有大量空隙、粗孔及毛细孔,孔隙中存在水分,而水分的活动将影响到混凝土的一系列性质,引起混凝土的收缩变形,导致裂缝的产生。混凝土的收缩变形主要有以下几种形式: 

   2、1、1自生收缩。是混凝土硬化过程中由于化学作用引起的收缩,是化学结合水与水泥的化合结果。  

   2、1、2塑性收缩。混凝土浇筑初期,水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现水分急剧蒸发现象,引起混凝土失水收缩,此时骨料与胶合料之间产生不均匀的收缩变形。  

   2、1、3碳化收缩。它是指大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。 

   2、1、4缩水收缩。也叫干缩。水泥石在干燥和水湿的环境中要产生干缩和湿胀作用,最大的收缩发生在第一次干燥之后。 

   在混凝土收缩种类中。塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因。 

   另外,实践证明,影响混凝土收缩裂缝的主要因素有:水泥品种、标号及用量、骨料品种、水灰比、外掺剂、养护方法、外界环境、振捣方式及时间等。 

   2、2机理:收缩引起的裂缝塑性收缩 

   混凝土浇筑后 4h~5h 左右,水泥水化反应剧烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨科因自重下沉,而此时混凝土尚 未硬化,称为塑性收缩。在骨科下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝,在构件竖向变截面处如丁梁、箱梁腹板与顶底板交接处,因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。 

   2、2、1干缩:混凝土结硬以后,随着表面水分逐渐蒸发,温度逐渐降低,混凝土体积减小, 称为干缩。因混凝土表面水分损失快,内部损失慢,因此产生表面收缩快,内部收缩慢的不 均匀收缩,致使混凝土表面承受拉力,产生收缩裂缝。 

   2、2、2自生收缩:混凝土在硬化过程中,水泥与水发生水化反应,这种收缩与外界温度无关, 且可以是正的(即收缩,如普通硅酸盐水泥混凝土),也可以是负的(即膨胀,如矿渣水泥混凝 土与粉煤灰水泥混凝土)。 

   2、2、3碳化收缩:大气中的二氧化碳与水泥中的水化物发生化学反应引起的收缩变形 

   2、2原因:伸缩缝病害 

   据有关调查和研究表明,伸缩缝病害出现的原因有以下几个方面: 

   2、2、1由于设计不周引起的伸缩缝损坏。桥面采用了“搭接角钢夹橡胶条”式简易伸缩缝装置系统,缝顶与现浇桥面混凝土同高,上铺沥青混凝土。由于设计中着重强调了解决桥面在伸缩缝处的平整度问题,忽略了桥面混凝土与桥面板的同步伸缩,因此,通车后,沥青混凝土表面沿缝出现不规则开裂,冬季加宽,夏季拱起。在车辆荷载的长期作用下,桥面铺装层(或路面表层)由缝处向里逐渐剪坏,出现啃边或大范围的坑槽,给日后修补带来了更大的困难。 

   2、2、2由于选型不当引起的伸缩缝损坏。 

   2、2、3由于桥墩台施工及梁(板)预制尺寸导致实际板端预留间隙与设计间隙悬殊而引起伸缩缝损坏。 

   2、2、4设计与实际伸缩量不符引起的伸缩缝破坏。这样导致在伸缩缝处夏季出现沥青桥面拱起,冬季出现沥青混凝土桥面沿缝严重开裂的现象。 

   2、2、5板式橡胶伸缩缝由于施工误差或橡胶板破坏引起的伸缩缝处严重跳车。 

   2、2、6板式橡胶伸缩缝或钢板伸缩缝由于伸缩装置混凝土施工先于两端沥青混凝土路面面层而引起伸缩缝尾端跳车。 

   2、2、7“反开槽法”施工操作不认真引起伸缩缝处跳车。目前运用“反开槽法”施工修筑的伸缩装置有毛勒缝或暗式伸缩缝等。“反开槽法”施工虽然从理论上解决了伸缩缝端头跳车的问题,但若施工时操作不当,车辆通过时仍有明显的反映。 

   2、2、8材料选用不当引起的伸缩缝损坏。导致伸缩缝出现损坏的原因很多,由于伸缩缝受力复杂,有产品本身问题,也有设计和施工的问题。从设计上看,设计工程师在伸缩缝设计过程中只注重计算桥梁的伸缩量,并以此进行选型。而往往对产品的性能了解不全面,忽视了产品的相应技术要求,诸如过渡段混凝土的长度、厚度、标高、预埋件的位置及深度,而且也没有在设计图上标注清楚。这其中很多问题要等产品运到工地安装甚至安装后才能发现,但为时已晚。从施工上看,伸缩缝安装是桥梁施工的最后几道工序之一,为了赶进度,施工马虎,不按安装程序要求施工。另外,安装后混凝土没有达到强度就提前开放交通也是造成伸缩缝损坏的原因,因为此时过渡段的锚固混凝土早已产生早期损伤。 

   3、预防收缩型裂缝的一般措施 

   一般预防措施,例如:(1)在混凝土初凝前,进行二次振捣。可有效消除因塑性沉降引起的内分层,改善骨科的界面结构,提高混凝土的强度。(2)墩身的竖向裂缝预防。桥墩身的竖向裂缝预防,可从控制温度、改进设计和施工操作工艺、改善混凝土性能等 方面人手,可减少水泥用量降低混凝上的入模温度,如避开高温时段施工,对原材料降温处理;降低水泥水化热的温升,如选用低水化热的水泥减少水泥用量等,掺入优质粉煤灰加快 浇筑混凝土的散热,如使用钢模,分层浇筑混凝土,每层不大于 30cm,并使温度分布均匀,在大体积混凝土中甚至还可预埋或利用一些管孔道通过冷水或冷风降温。(3)加强浇筑混凝土的表面保护。如表面需应及时用草席、草袋覆盖,并洒水或蓄水养护。夏天延长养护时间,寒冷季节争取保温措施,保护混凝土表面,特别是薄壁结构延长拆模时间,可延缓降温,使混凝土中心与表面温度差减小,以防急剧降温。 

   混凝土裂缝常见的修补方法,可选择采用:树脂灌注法、聚合物浸入法、钉合法、表面封闭法、灌浆法(普通水泥灌浆、聚合物灌注)、钻孔嵌塞法、柔性密封法、粘贴法、附加钢筋法、干嵌填法、迭合面层法。 

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