高速公路混凝土梁橋裂縫成因及處理技術(shù)

魏文武 朱嘉斌

中交四公局第六工程有限公司 新疆 庫爾勒 841000

引言

高速公路橋梁工程的施工中,受到各種因素的影響,就會(huì)造成混凝土裂縫質(zhì)量問題出現(xiàn),影響整體工程質(zhì)量安全。實(shí)際的施工中,要從多方面加強(qiáng)重視,保障混凝土施工的整體性和質(zhì)量,避免裂縫質(zhì)量問題出現(xiàn)。新疆依若項(xiàng)目橋梁共37座,橋梁體量較大,通過從理論層面對此深化研究,就能為實(shí)際施工提供相應(yīng)參考,從而有效避免混凝土裂縫質(zhì)量問題出現(xiàn)。

1 高速公路橋梁施工中混凝土裂縫的危害

混凝土裂縫會(huì)導(dǎo)致路面或橋面出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象,一是水滲進(jìn)混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中,進(jìn)而造成混凝土結(jié)構(gòu)的損壞；二是混凝土裂縫在壓力水作用下逐漸擴(kuò)大,使表面裂縫逐漸演變成深層裂縫,進(jìn)而變成貫穿裂縫,帶來不可挽回的損失。混凝土碳化作用會(huì)使得混凝土的收縮和開裂變得異常頻繁,長期下去就可能破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu),而混凝土裂縫的存在又使得碳化作用更加明顯,大氣中的二氧化碳可通過裂縫滲透進(jìn)混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中,而混凝土中的水泥在水化和碳化作用下會(huì)產(chǎn)生CaCO3。碳化作用會(huì)破壞鋼筋的保護(hù)膜,降低混凝土的堿度,如果空氣和水同時(shí)通過裂縫滲透進(jìn)混凝土內(nèi)部,就會(huì)使鋼筋產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象,也就是說,混凝土裂縫會(huì)削弱混凝土對鋼筋的保護(hù)力度,引發(fā)更嚴(yán)重的裂縫,給高速公路橋梁工程帶來極大危害。

2 混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 收縮裂縫

2.1.1 混凝土收縮引起的裂縫 混凝土結(jié)構(gòu)在收縮時(shí)會(huì)受到自身的約束,如果這個(gè)過程中產(chǎn)生的拉應(yīng)變超過混凝土拉應(yīng)變的最大值,那么就會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)垂直的裂縫。混凝土的收縮裂縫一般不會(huì)太深,距離鋼筋保護(hù)層還有一段距離,造成這種現(xiàn)象的原因通常是結(jié)構(gòu)表面養(yǎng)護(hù)不到位、濕度不夠。由于預(yù)制T梁的鋼模沒按時(shí)去掉,導(dǎo)致混凝土最薄處的腹板在收縮時(shí)受到鋼模的束縛從而產(chǎn)生與表面垂直的裂縫。收縮裂縫對公路工程的荷載力不會(huì)造成影響。

2.1.2 鋼筋生銹膨脹引起的裂縫 鋼筋生銹后受到混凝土中水的影響會(huì)發(fā)生反應(yīng),使得體積增大,大約是膨脹前的2～4倍,鋼筋生銹后遇濕脹大也是混凝土出現(xiàn)裂縫的重要原因。(1)混凝土碳化通常為了避免鋼筋銹蝕會(huì)為混凝土增加一個(gè)保護(hù)層,鋼筋表面會(huì)和弱堿性混凝土發(fā)生反應(yīng)生成可以保護(hù)鋼筋的鈍化膜,簡稱“堿性保護(hù)”。但是混凝土也會(huì)碳化,這會(huì)導(dǎo)致保護(hù)層的酸堿性質(zhì)發(fā)生改變。簡而言之就是先銹后裂,物質(zhì)附著在混凝土外部,不斷腐蝕,鋼筋表面和物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后生銹,從而鋼筋表面產(chǎn)生膨脹,破壞混凝土保護(hù)層。混凝土與空氣中的CO2及水從毛細(xì)孔滲漏與氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為碳酸鈣和水,于是混凝土p H值也從堿性13降低到中性8～10,這就是混凝土碳化。(2)氯離子侵蝕引起銹蝕氯離子具有體積小、反應(yīng)快的特點(diǎn),并且穿透物質(zhì)的能力強(qiáng),氯化鈉、氯化鈣中的氯離子會(huì)阻礙混凝土生成鈍化膜。鋼筋周圍混凝土還沒被碳化時(shí),盡管混凝土呈堿性,氯離子會(huì)迅速附著在鈍化膜的漏洞處,鋼筋也會(huì)從氫氧化鐵變成易溶的氯化鐵,從而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)銹蝕情況。

2.2 荷載過高引起的裂縫 高速公路橋梁施工若是大型機(jī)械設(shè)備的放置不夠科學(xué)合理,并且未對預(yù)制結(jié)構(gòu)工藝進(jìn)行多方面的關(guān)注,將會(huì)導(dǎo)致后期出現(xiàn)荷載力超標(biāo)的情況,進(jìn)而使橋梁承載多余的外力,這樣非常容易導(dǎo)致橋梁裂縫的出現(xiàn)。另外,在橋梁施工中,一些施工人員未完全按照施工設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行施工,對于橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力也未進(jìn)行試驗(yàn)分析,缺少數(shù)據(jù)支撐和理論計(jì)算,這樣都會(huì)造成后期承載力加大的現(xiàn)象產(chǎn)生,最后導(dǎo)致高速公路橋梁出現(xiàn)裂縫。

2.3 溫度差異引起的裂縫 混凝土結(jié)構(gòu)受到溫度影響非常大,溫度變化對結(jié)構(gòu)的基本性能也會(huì)產(chǎn)生非常大的影響,若是混凝土的內(nèi)部出現(xiàn)了溫度過高的情況,將會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫度差,產(chǎn)生溫度應(yīng)力,從而導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。特別是在一些天氣惡劣的情況下,外界溫度極高或極低,還會(huì)導(dǎo)致溫度應(yīng)力大于承載力的情況,最后溫差裂縫越來越大。

3 高速公路混凝土橋梁裂縫防治措施

3.1 裂縫修復(fù)方式 不同類型的裂縫應(yīng)采用不同的方式來處理。一般而言,當(dāng)裂縫寬度低于0.2mm時(shí),可直接運(yùn)用表層修補(bǔ)的方式來修復(fù)；當(dāng)裂縫寬度在0.2～0.5mm范圍內(nèi)時(shí),可運(yùn)用靜壓注射的方式來進(jìn)行修復(fù)；當(dāng)裂縫寬＞0.5mm時(shí),此時(shí)需要采用填充的方式進(jìn)行裂縫修復(fù)。(1)表層封閉修復(fù)運(yùn)用聚合原料與環(huán)氧原料直接在裂縫表層進(jìn)行修復(fù),在運(yùn)用環(huán)氧原料時(shí)需要注意,先對裂縫9cm范圍進(jìn)行除塵工作,運(yùn)用專門的洗刷工具進(jìn)行處理,當(dāng)有油漬時(shí),采用二甲苯進(jìn)行處理。當(dāng)橋梁表層干燥時(shí),可以封閉裂縫：①采用在裂縫內(nèi)注入特種樹脂膠,如壁可法。②采用水泥基滲透結(jié)晶型漿料涂刷,如XYPEX(賽伯斯)。對非結(jié)構(gòu)性裂縫,裂縫較為密集時(shí),為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的耐久性,可以采用梁體整體噴涂工藝,如采用ZV型修補(bǔ)膠制作的聚合物砂漿。(2)靜壓注射修復(fù)同樣,進(jìn)行修復(fù)之前需要對橋梁裂縫做清潔處理,在裂縫中下鑿3mm,將寬擴(kuò)至5mm,而后進(jìn)行裂縫清理,采用壓縮空氣的方式來清除,而后運(yùn)用丙酮清洗裂縫。注射器的底座需要固定,再利用環(huán)氧原料來修補(bǔ)裂縫,而后需要檢驗(yàn)密封效果,即當(dāng)環(huán)氧原料成型后在表層抹泡泡水,再運(yùn)用灌漿嘴以0.2 MPa的氣壓向內(nèi)輸氣,發(fā)現(xiàn)未完全密封問題時(shí),及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。注膠之前需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,首先需要固定注射器,之后填充膠液。表層的密封處理也需嚴(yán)格依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施,確保裂縫修復(fù)效果。

3.2 荷載變化引起的裂縫的防治措施 在高速公路橋梁施工過程中,每個(gè)階段所承載的荷載力都有所不同,因此可以利用概率的計(jì)算方法大致算出動(dòng)力荷載和靜力荷載的范圍,然后根據(jù)荷載的范圍來制定混凝土結(jié)構(gòu)的模型。另外在施工的過程中還要避免施工工具的集中堆放造成的荷載過大的情況,對于通行車輛的重量也要進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定。

3.3 加強(qiáng)混凝土施工溫度控制 保障混凝土施工質(zhì)量,避免出現(xiàn)裂縫質(zhì)量問題,就要充分注重溫度控制,這就要求混凝土的攪拌過程中加強(qiáng)溫度的控制,以及在混凝土的澆筑過程中加強(qiáng)溫度控制,和后期的混凝土養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)做好溫度控制的工作。混凝土施工中避免對混凝土暴曬,夜間停工也要能做好相應(yīng)防護(hù)工作。高速公路橋梁工程使用的水泥多是普通硅酸鹽水泥,水化熱比較高,比較容易出現(xiàn)裂縫,這就需要進(jìn)行添加相應(yīng)緩凝劑。

結(jié)語

總而言之,我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展過程中,隨著市場化經(jīng)濟(jì)的逐步成熟,對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的要求也在不斷提高,其中高速公路橋梁就是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容。加強(qiáng)混凝土裂縫的防治,就要從多方面充分考慮,采取多樣化的方法應(yīng)用保障混凝土施工質(zhì)量。希望此次研究能為解決實(shí)際問題有所裨益。