鋼筋混凝土橋梁裂縫成因及修補措施

葛岸越

(浙江利越路橋建設集團有限公司,浙江 金華 322100)

中圖分類號:TU37文獻標識碼:A文章編號:1673-0992(2009)12-071-01

摘要:介紹了鋼筋混凝土橋梁粱體裂縫的形成原因及修補措施,并介紹了幾種常見的維修方法。使其處于良好的工作狀態。

關鍵詞:鋼筋混凝土;橋梁梁體;裂縫;修補方法

在橋梁建造過程中,混凝土開裂是“常發病”和“多發病”,經常困擾著橋梁工程技術人員。筆者參與某橋梁的實地檢測,結合近年來國內外對混凝土橋梁裂縫的研究,對混凝土橋梁裂縫的種類和產生的原因作較全面的分析、總結,以方便設計、施工找出控制裂縫的可行辦法。

一、橋梁混凝土裂縫形成的原因

1.收縮裂縫

混凝土凝固時,由于水泥水化產物的體積比反應前物質的總體積要小,因而產生收縮,稱為化學收縮或凝縮;混凝土在硬化過程中隨著水分的逐漸蒸發,體積逐漸減小,稱為干縮,化學收縮與干縮合稱為收縮。混凝土的干燥過程是由表面逐漸擴展到內部的,在混凝土內部呈現含水梯度,因此產生表面收縮大,內部收縮小的不均勻收縮,導致表面混凝土承受拉力,內部混凝土承受壓力。當表面混凝土所受的拉力超過其抗拉強度時,便產生收縮裂縫。

2.溫度裂縫

混凝土受水泥水化放熱、陽光照射、大氣及周圍溫度、電弧焊接等因素影響,而出現冷熱變化時,將發生收縮和膨脹,產生溫度應力,溫度應力超過混凝土強度時,即產生裂縫,稱為溫度裂縫。

由于混凝土是熱的不良導體,水化初期放出大量熱量難以散發,大體積混凝土澆筑后,內部溫度較外部高,這將使內部混凝土產生顯著的體積膨脹,而外部混凝土卻隨氣溫降低而冷卻收縮。這種內部膨張和外部收縮相互制約,極易產生溫度裂縫。蒸氣養護及冬季施工時如措施不當,混凝土驟冷驟熱,內外溫度不均,也易產生溫度裂縫。

當構件較長,且兩端固定時,由于周圍溫度變化將產生附加的溫度應力,該附加應力和原有內力的合力超過混凝土強度時就會產生破壞裂縫。

在新舊混凝土接頭處,沿接縫面的垂直方向常因水化熱的原因而產生溫度裂縫。

3.荷載作用下產生的裂縫

(1)彎曲裂縫

在混凝土梁上施加彎矩時,將產生彎曲裂縫。對受彎構件和壓彎構件來說,彎曲裂縫首先出現在彎矩最大截面的混凝土受拉區。梁板結構的正彎矩裂縫一般位于跨中,從底邊開始向上發展.負彎矩裂縫位于連續或懸臂粱板的支座附近,自上向下發展。

隨著荷載的增大,裂縫寬度增大,長度延伸,縫數增多,裂縫區域逐漸向兩側發展。

(2)剪切裂縫

剪切裂縫也稱斜裂縫,首先發生在剪應力最大的部位。對受彎構件和壓彎構件,裂縫往往發生于支座附近。由下部開始,沿著與軸線成25o～5Oo左右的角度裂開。隨著荷載增大。裂縫長度將不斷增長并向受壓區發展,裂縫縫數不斷增多并分岔,裂縫區也逐漸向跨中方向擴大。

剪切裂縫一旦出現,就應加強觀察。如裂縫發展緩慢并限制在受拉區。裂縫寬度在限值以內,此時還允許;但如裂縫不斷發展或者裂縫已接近受壓區,則不論其寬度和長度如何都應及時予以必要的加固處理。

(3)斷開裂縫

鋼筋混凝土構件受拉時,進入整個截面的裂縫稱為斷開裂縫。受拉構件在荷載作用下產生的裂縫均沿正截面開裂,裂縫間距有一定規律。受拉構件在內力較小時,混凝土和鋼筋均勻承受拉力,隨著內力增大,混凝土內拉應力達到其受拉極限,產生裂縫并退出工作,但裂縫寬度小于規定限值,全部拉力由鋼筋承擔,這是允許出現裂縫構件的工作狀態。荷載繼續增大,鋼筋應力達到屈服極限,鋼筋伸長率較大,裂縫很寬,超過設計規范允許寬度的許多倍,這時多為使用所不允許的或構件將接近破壞的狀態。

4.鋼筋銹蝕引起的裂縫

因混凝土質量較差,或保護層厚度不足,或保護層被碳化使鋼筋周圍混凝土堿度降低,或有氯化物浸入,等等,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞而發生銹蝕反應;銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2～4倍,從而對周圍混凝土產生膨脹應力,導致保護層混凝土開裂、剝離,沿鋼筋縱向產生裂縫并有銹跡滲到混凝土表面。鋼盤銹蝕使得鋼筋有效斷面減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結構承載力下降。繼而將誘發其它形式的裂縫;而其它裂縫的產生又會加劇鋼筋銹蝕,最后可能導致結構破壞。要防止鋼筋銹蝕。主要應確保鋼筋有足夠的保護層厚度(保護層亦不能太厚,否則構件有效高度減小,受力時將加大裂縫寬度);施工時應控制混凝土的水灰比,并應加強振搗,保證混凝土的密實性:還要嚴格控制含氯鹽的外加劑用量,對沿海地區或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區尤其應慎用含氯鹽的外加劑。

二、裂縫的修補方法

1.表面封閉修補法

通常是在混凝土表面沿寬度較小的裂縫涂抹樹脂保護膜,在裂縫寬度有可能變動時,可采用具有跟蹤性的焦油環氧樹脂等材料。在裂縫多而且密集或者混凝土老化、砂漿離析的結構物上也可大面積涂抹保護膜。

2.鑿深槽嵌補法

先沿裂縫鑿一條深槽,槽形根據裂縫位置和填補材料而定,然后在槽內嵌補各種黏結材料,如環氧砂漿、瀝青、甲凝等。

3.表面嘖漿法

在經鑿毛處理的裂縫表面,噴射一層密實而且強度高的水泥砂漿保護層來封閉裂縫的一種修補方法。根據裂縫的部位、性質和修補要求與條件,可采用無筋素噴漿,或掛網噴漿結合鑿槽嵌補等修補方法。

4.打箍加固封閉法

當鋼筋混凝土產生主應力裂縫時,可采用在裂縫處加箍使裂縫封閉的方法。箍可用扁鋼焊成或圓鋼制成,可以直箍也可以斜箍。其方向應和裂縫方向垂直。箍與梁的上下面接觸處可墊以角鋼或鋼板。角鋼或鋼板面積及箍的橫截面積,按修補加固部位主應力的大小、箍的安全應力及混凝土的抗壓強度通過計算確定。

5. 粘貼鋼板法

將整個鋼板黏貼于待修補的裂縫位置上,使其與原有的混凝土成為整體,從而提高對活載的抵抗力。用于粘貼的鋼板厚度一般為4.5 mm～6 mm,而混凝土與鋼板的黏結劑一般采用環氧基液黏結劑。

6.注入法黏貼鋼板

在混凝土表面與鋼板之間加墊塊等使兩者之間保持一定空隙,并用環氧樹脂膠泥封閉四周,而后從注入El注入環氧樹脂。同時排出空隙中的空氣。由于是從一方注入因而容易殘留氣泡,施工時一般用木槌隨時敲打鋼板來確定是否灌實。這種施工法雖然費時,但即使混凝土表面不平整也可進行施工。

三、結語

隨著我國公路橋梁事業的發展和裂縫開展機理的進一步研究,影響因素逐漸量化。隨著結構計算理論的發展和計算軟件的應用,大部分因素對鋼筋混凝土裂縫的影響能夠較準確的計算出來,采取適當的措施可以預防和控制裂縫開展。?