淺談橋梁混凝土裂縫原因與治理措施

摘要:橋梁混凝土結(jié)構(gòu)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。本文主要介紹了橋梁混凝土的塑性裂縫、溫度裂縫等各種不同類(lèi)型的裂縫，分析裂縫產(chǎn)生的原因，提出了有針對(duì)性的治理措施。

關(guān)鍵詞:橋梁;混凝土裂縫;成因分析;治理措施

1 混凝土裂縫類(lèi)型及成因分析

可將裂縫為溫度引起的裂縫、收縮引起的裂縫、鋼筋銹蝕引起的裂縫、預(yù)應(yīng)力裂縫、施工材料質(zhì)量引起的裂縫等。

(1)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)生變化時(shí)，混凝土將發(fā)生變形，一旦變形受阻，則會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)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)到活載應(yīng)力。

(2)收縮裂縫引起的裂縫。

第一，沉陷裂縫。當(dāng)外界濕度減小時(shí)，梁體水份就會(huì)蒸發(fā)，引起凝膠失水，失去水膜的膠粒由于水分引力作用，使膠粒間距變小，產(chǎn)生收縮，由此引起的裂縫就是沉陷裂縫。其一般在澆筑后幾個(gè)小時(shí)就發(fā)生。砼澆筑后若不及時(shí)養(yǎng)護(hù)，幾小時(shí)內(nèi)在梁體頂板產(chǎn)生的裂縫就是沉陷裂縫。

第二，干縮裂縫。當(dāng)砼內(nèi)毛細(xì)水減少時(shí)，會(huì)引起毛細(xì)管內(nèi)壓力增大，使管壁受到壓力，其壓力隨溫度減小而增大，表現(xiàn)為體積的“干縮”。由于箱梁內(nèi)部與外表溫度不同，從而使內(nèi)部與外表面干縮的速度也不一樣，表面干縮比內(nèi)部快，所以在外表面產(chǎn)生拉應(yīng)力引起干縮裂縫。同時(shí)由于新的砼干縮比老的砼快，從而在接縫處新砼受老砼的約束， 導(dǎo)致新面變化， 在接縫的表面產(chǎn)生干縮裂縫。

(3)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)層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周?chē)炷翂A度降低，或由于氯化物介入。鋼筋中鐵離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞。鋼筋中鐵離子與浸入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來(lái)增長(zhǎng)約2~4 倍，從而對(duì)周?chē)炷廉a(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開(kāi)裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。

(4)預(yù)應(yīng)力裂縫。預(yù)應(yīng)力裂縫主要容易出現(xiàn)在端塊錨下應(yīng)力區(qū)以及梁底沿縱向預(yù)應(yīng)力筋的縱向裂縫。張拉時(shí)砼的強(qiáng)度未達(dá)到，錨中局部應(yīng)力由泊松效應(yīng)產(chǎn)生橫向環(huán)狀拉應(yīng)力，拉應(yīng)力可以導(dǎo)致開(kāi)裂;底板中部縱向預(yù)應(yīng)力的泊松效應(yīng)及施工過(guò)程中預(yù)應(yīng)力管道周?chē)诺氖湛s不均勻，容易造成底板橫橋向拉應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致底板縱向裂縫。

(5)施工材料質(zhì)量引起的裂縫。由于施工中配置混凝土所用材料不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。因此，在材料選擇時(shí)應(yīng)做到:優(yōu)選材質(zhì)，提高混凝土的抗拉性能;應(yīng)用微膨脹外加劑，改善混凝土的收縮性能;選用有效的緩凝高效堿水劑和粉煤灰.，提高大體積混凝土的和易性，減少水化、配合比設(shè)計(jì)時(shí)最大限度地增加粗骨料用量，減小水泥用量。

2 控制箱梁裂縫產(chǎn)生的治理措施

2.1 砼的材料選擇與質(zhì)量控制

原材料的選擇包括水泥、骨料和添加劑，以及配合比的設(shè)計(jì)等。

水泥的品質(zhì)影響水泥凝膠的組分、結(jié)構(gòu)和數(shù)量，所以也影響水泥的毛細(xì)孔、凝膠孔德形狀、尺寸和數(shù)量，并進(jìn)而影響到砼的干縮性。

由于骨料在砼中起著重要作用，故砼中骨料應(yīng)具有良好的顆粒級(jí)配，以盡量減小空隙率;砂石表面應(yīng)干凈，以保證與水泥漿更多地結(jié)合;應(yīng)盡可能減少含有的雜質(zhì)，以保證砼的耐久性。石子的粒徑較大時(shí)，砼所需的水泥用量和用水量都減少，降低砼的水化熱，同時(shí)砼的干縮也較小。但石子太大，砼的攪拌和其他操作在施工中都將發(fā)生困難，而且易產(chǎn)生離析。針對(duì)以上情況，在施工中選用兩個(gè)級(jí)配， 一種為5-16mm 碎石， 另一種為10-25mm粒徑石子。結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，粗砂細(xì)度模數(shù)為2.6-2.9。

2.2 箱梁的施工工藝控制

(1)混凝土的澆筑。連續(xù)箱梁的澆筑采用從頂板下料，先澆筑底板，再澆筑腹板，最后澆筑頂板的澆筑順序澆筑，并分別采用不同的坍落度控制。底板和頂板控制在14- 16cm之間，腹板控制在16- 18cm之間。砼的振搗以附著式為主， 插入式振動(dòng)棒為輔，且重視附著式振動(dòng)器的設(shè)置。附著式振動(dòng)器必須兩邊對(duì)稱(chēng)振動(dòng)，控制振動(dòng)時(shí)間。

2.3 預(yù)應(yīng)力施工控制

預(yù)應(yīng)力施工是一道關(guān)鍵工序，是保證整個(gè)梁體質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也將直接影響箱梁以后的承載力。施加預(yù)應(yīng)力要求精度高，故在施工中易受各方面的不良影響，如錨頭砼質(zhì)量，錨下鋼筋及彈簧筋的布置， 張拉機(jī)具及施工人員的技術(shù)水平等。在施工中采取以下措施:(1)標(biāo)定千斤頂、油表，使其處于良好的工作狀態(tài);(2)檢查錨具、鋼絞線(xiàn)的質(zhì)量，杜絕不合格產(chǎn)品;(3)控制張拉時(shí)砼的強(qiáng)度(本橋張拉時(shí)強(qiáng)度不小于49.5Mpa) 和彈性模量;(4)使工作錨與錨墊板貼近，并且?jiàn)A片安裝均勻、打緊;(5)加載卸載時(shí)要平穩(wěn)、緩慢，不可過(guò)快產(chǎn)生沖擊力;f.張拉順序須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)張拉順序施工。

3 混凝土裂縫修補(bǔ)辦法

(1)混凝土置換法:該方法是將嚴(yán)重?fù)p壞或失效的混凝土除掉，置換上新的混凝土或其他材料。其具體工藝是:剔除混凝土—混凝土面層及鋼筋處理—置換材料的配置—養(yǎng)護(hù)及粉刷。目前常用的置換材料有:水泥質(zhì)混凝土或砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土(砂漿)。

(2)表面封閉法:這是一種在微細(xì)裂縫(寬度一般<0.2mm)的表面涂膜以提高其防水性及耐久性的方法，是一種較簡(jiǎn)單的裂縫修補(bǔ)方法。通過(guò)密封裂縫表面達(dá)到防止水分、二氧化碳以及其它有害介質(zhì)侵入的目的。

(3)灌漿法:化學(xué)灌漿是采用化學(xué)灌漿料來(lái)處理混凝土形成的裂縫，一般采用化學(xué)灌漿料、快速凝結(jié)劑和膨脹水泥砂漿配合使用。當(dāng)需要對(duì)裂縫全深度范圍注入修補(bǔ)材料，以提高其防水性和耐久性時(shí)，化學(xué)灌漿是經(jīng)常使用的方法。這種方法一般適用于開(kāi)裂較為嚴(yán)重的部位，它的裂縫一般是貫通的。這種方法是比較困難的處理方法，需要嚴(yán)格的操作和養(yǎng)護(hù)。