橋梁混凝土裂縫的施工控制技術(shù)分析

張建平

摘要:本文將分析橋梁混凝土施工裂縫的主要原因和防治措施。

關(guān)鍵詞:橋梁;施工裂縫;灌漿

隨著現(xiàn)代橋梁工程施工工藝的飛速發(fā)展,各種管理手段的不斷完善與加強(qiáng),橋梁工程的內(nèi)在施工質(zhì)量已經(jīng)有了長足的提高,外觀質(zhì)量已成為反映施工企業(yè)技術(shù)水平的最重要的一面。橋梁施工過程中,很容易出現(xiàn)裂縫。裂縫的出現(xiàn)不僅僅影響工程質(zhì)量甚至?xí)?dǎo)致橋梁垮塌。混凝土開裂經(jīng)常困擾著我們橋梁工程技術(shù)人員。其實(shí),如果采取有效的施工措施,很多裂縫是可以克服和控制的。混凝土裂縫的成因復(fù)雜而繁多.甚至多種因素相互影響。但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因。

1 施工裂縫的成因

1.1 荷載引起的裂縫

荷載裂縫產(chǎn)生的原因在于施工過程中,不加限制地堆放施工機(jī)具、材料;不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn),隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝,不按設(shè)計(jì)圖紙施工,擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序,改變結(jié)構(gòu)受力模式;不對(duì)結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動(dòng)下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。

1.2 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì),當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化,混凝土將發(fā)生變形,若變形遭到約束,則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中,溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出活載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別于其他裂縫的最主要特征是隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。

1.3 收縮引起的裂縫

在實(shí)際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因。

塑性收縮。發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4～5h左右,此時(shí)水泥水化反應(yīng)激烈,分子鏈逐漸形成,出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā),混凝土失水收縮,同時(shí)骨料因自重下沉,因此時(shí)混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。

縮水收縮(干縮)。混凝土結(jié)硬以后,隨著表層水分逐漸蒸發(fā),濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失很快,內(nèi)部損失慢,因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí),便產(chǎn)生收縮裂縫。

1.4 鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足,混凝土保護(hù)層受侵蝕炭化至鋼筋表面,使鋼筋周圍混凝土堿度降低,或由于氯化物介入,鋼筋周圍氯離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng),其銹蝕物氧化鐵體積比原來增長約2倍,從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂.剝離,沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕,使得鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結(jié)構(gòu)承載力下降,并將誘發(fā)其他形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

要防止鋼筋銹蝕,施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的水灰比,加強(qiáng)振搗,保證混凝土的密實(shí)性,防止氧氣侵入,同時(shí)嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量,沿海地區(qū)或其他存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。

2 橋梁混凝土裂縫的施工防治措施

2.1 材料的控制

施工工藝是保證混凝土構(gòu)件質(zhì)量的關(guān)鍵、除施工的施工操作應(yīng)嚴(yán)格按照施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行,對(duì)原材料(鋼筋、水泥、砂、碎石、水等)都應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的抽樣檢驗(yàn)。對(duì)混凝土配合比應(yīng)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),在高溫下或雨后施工對(duì)砂、碎石應(yīng)進(jìn)行含水量實(shí)驗(yàn),及時(shí)調(diào)整施工配合比,確保混凝土的施工質(zhì)量。

2.2 溫度的控制

改善骨料級(jí)配,采用干硬性混凝土、加添加劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;拌和混凝土?xí)r用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;在混凝土中埋設(shè)水管,通入冷水降溫;規(guī)定合理的拆模時(shí)問,氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化;施工中長期暴露的混凝土澆筑體表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)采用保溫等措施。

合理地分縫分塊,避免基礎(chǔ)過大起伏.合理地安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。另外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,防止表面干縮。特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫十分重要。應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫,出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的。因此施工中應(yīng)以預(yù)防其貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

2.3 防止施工工藝質(zhì)量低劣引發(fā)的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、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)生各種裂縫,裂縫的寬度因產(chǎn)生的原因而異。比較常見的有:混凝土振搗過快,混凝土流動(dòng)性較低,在硬化前因混凝土沉實(shí)不足,硬化后沉實(shí)過大,容易澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫,既塑性收縮裂縫;混凝土應(yīng)嚴(yán)格按配合比計(jì)量投料,拌和時(shí)間不應(yīng)小于1～2min,使和易性好,不離析,不析水,運(yùn)輸時(shí)間短,澆注時(shí)分層澆注,分層厚度不應(yīng)大于30cm。振搗時(shí)應(yīng)讓振搗棒插入前層5～l0cm,振搗時(shí)間為lmin左右,直至排出氣泡為止;混凝土保護(hù)層過厚或上層鋼筋被踩壓變位,使承受負(fù)彎矩的受力鋼筋保護(hù)層加厚,導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減少,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫;混凝土運(yùn)輸是混凝土施工過程中的一道工序,運(yùn)輸工具保證不滲露,不析水避免日曬雨淋,在運(yùn)輸過程中,混凝土不能離析,運(yùn)輸時(shí)間不應(yīng)大于30min,在高溫下運(yùn)輸應(yīng)及時(shí)檢測混凝土坍落度,以確保由于蒸發(fā)而造成的水分損失,并及時(shí)調(diào)整坍落度;混凝土分層或分段澆筑時(shí),接頭部位處理不當(dāng),易在新舊混凝土和施工縫之問出現(xiàn)裂縫;施工模板剛度不足,在澆筑混凝土?xí)r,由于側(cè)向壓力的作用,使得模板變形,產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫;施工時(shí)拆模過早,混凝土強(qiáng)度不足,使構(gòu)件在自重或施工荷載作用下,產(chǎn)生裂縫;施工前對(duì)支架壓實(shí)不足,或支架剛度不足,澆筑混凝土后支架不均勻下沉,導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。以上問題在施工中應(yīng)加以注意,可以避免裂縫的發(fā)生。

3 裂縫處理

3.1 表面修補(bǔ)法

表面修補(bǔ)法是一種簡單、常見的修補(bǔ)方法。它主要適用于穩(wěn)定和對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進(jìn)裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料,在防護(hù)的同時(shí)為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開裂。通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

3.2 灌漿、嵌縫封堵法

灌漿法主要適用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ),它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中,膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個(gè)整體,從而起到封堵加固的目的。常用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法,它通常是沿裂縫鑿槽,在槽中嵌填塑性止水材料,以達(dá)到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等;常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

3.3 結(jié)構(gòu)加固法

當(dāng)裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)的性能時(shí),就要考慮采取加固法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。結(jié)構(gòu)加固中常用的主要有以下幾種方法:加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積,在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固。

3.4 混凝土置換法

混凝土置換法是處理嚴(yán)重?fù)p壞混凝土的一種有效方法。此方法是先將損壞的混凝土剔除,然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

3.5 電化學(xué)防護(hù)法

電化學(xué)防腐是利用施加電場在介質(zhì)中的電化學(xué)作用。改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài),鈍化鋼筋,以達(dá)到防腐的目的。陰極防護(hù)法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法是化學(xué)防護(hù)法中常用而有效的三種方法。

結(jié)束語

砼外觀質(zhì)量的可能還存在其它缺陷,本文所分析的缺陷僅從施工裂縫而引起的,預(yù)防產(chǎn)生混凝土施工裂縫的措施也不一定完善,僅僅是作者在施工、管理工作中的一點(diǎn)心得。在橋梁施工過程中,只要嚴(yán)格控制好材料質(zhì)量,施工工藝,以及現(xiàn)場的施工管理,根據(jù)現(xiàn)場條件,材料特點(diǎn),氣溫等多種因素,采取合理的措施,就能有效的控制裂縫的產(chǎn)生,確保工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]周國鈞,等.混凝土工程裂縫調(diào)查及外強(qiáng)加固技術(shù)規(guī)程[M].北京:地震出版社,1992.

[2]北京市市政工程局.市政工程施工手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1994.