鋼筋混凝土橋梁裂縫成因及修補(bǔ)措施

葛岸越

(浙江利越路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,浙江 金華 322100)

中圖分類號:TU37文獻(xiàn)標(biāo)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(bǔ)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(tài)。

關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土;橋梁梁體;裂縫;修補(bǔ)方法

在橋梁建造過程中,混凝土開裂是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”,經(jīng)常困擾著橋梁工程技術(shù)人員。筆者參與某橋梁的實(shí)地檢測,結(jié)合近年來國內(nèi)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(chǎn)生的原因作較全面的分析、總結(jié),以方便設(shè)計(jì)、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(chǎn)物的體積比反應(yīng)前物質(zhì)的總體積要小,因而產(chǎn)生收縮,稱為化學(xué)收縮或凝縮;混凝土在硬化過程中隨著水分的逐漸蒸發(fā),體積逐漸減小,稱為干縮,化學(xué)收縮與干縮合稱為收縮?；炷恋母稍镞^程是由表面逐漸擴(kuò)展到內(nèi)部的,在混凝土內(nèi)部呈現(xiàn)含水梯度,因此產(chǎn)生表面收縮大,內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,導(dǎo)致表面混凝土承受拉力,內(nèi)部混凝土承受壓力。當(dāng)表面混凝土所受的拉力超過其抗拉強(qiáng)度時,便產(chǎn)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(xiàn)冷熱變化時,將發(fā)生收縮和膨脹,產(chǎn)生溫度應(yīng)力,溫度應(yīng)力超過混凝土強(qiáng)度時,即產(chǎn)生裂縫,稱為溫度裂縫。

由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體,水化初期放出大量熱量難以散發(fā),大體積混凝土澆筑后,內(nèi)部溫度較外部高,這將使內(nèi)部混凝土產(chǎn)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(nèi)部膨張和外部收縮相互制約,極易產(chǎn)生溫度裂縫。蒸氣養(yǎng)護(hù)及冬季施工時如措施不當(dāng),混凝土驟冷驟熱,內(nèi)外溫度不均,也易產(chǎn)生溫度裂縫。

當(dāng)構(gòu)件較長,且兩端固定時,由于周圍溫度變化將產(chǎn)生附加的溫度應(yīng)力,該附加應(yīng)力和原有內(nèi)力的合力超過混凝土強(qiáng)度時就會產(chǎn)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(chǎn)生溫度裂縫。

3.荷載作用下產(chǎn)生的裂縫

(1)彎曲裂縫

在混凝土梁上施加彎矩時,將產(chǎn)生彎曲裂縫。對受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件來說,彎曲裂縫首先出現(xiàn)在彎矩最大截面的混凝土受拉區(qū)。梁板結(jié)構(gòu)的正彎矩裂縫一般位于跨中,從底邊開始向上發(fā)展.負(fù)彎矩裂縫位于連續(xù)或懸臂粱板的支座附近,自上向下發(fā)展。

隨著荷載的增大,裂縫寬度增大,長度延伸,縫數(shù)增多,裂縫區(qū)域逐漸向兩側(cè)發(fā)展。

(2)剪切裂縫

剪切裂縫也稱斜裂縫,首先發(fā)生在剪應(yīng)力最大的部位。對受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件,裂縫往往發(fā)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(qū)發(fā)展,裂縫縫數(shù)不斷增多并分岔,裂縫區(qū)也逐漸向跨中方向擴(kuò)大。

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

(3)斷開裂縫

鋼筋混凝土構(gòu)件受拉時,進(jìn)入整個截面的裂縫稱為斷開裂縫。受拉構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生的裂縫均沿正截面開裂,裂縫間距有一定規(guī)律。受拉構(gòu)件在內(nèi)力較小時,混凝土和鋼筋均勻承受拉力,隨著內(nèi)力增大,混凝土內(nèi)拉應(yīng)力達(dá)到其受拉極限,產(chǎn)生裂縫并退出工作,但裂縫寬度小于規(guī)定限值,全部拉力由鋼筋承擔(dān),這是允許出現(xiàn)裂縫構(gòu)件的工作狀態(tài)。荷載繼續(xù)增大,鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服極限,鋼筋伸長率較大,裂縫很寬,超過設(shè)計(jì)規(guī)范允許寬度的許多倍,這時多為使用所不允許的或構(gòu)件將接近破壞的狀態(tài)。

4.鋼筋銹蝕引起的裂縫

因混凝土質(zhì)量較差,或保護(hù)層厚度不足,或保護(hù)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(fā)生銹蝕反應(yīng);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(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。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(jié)構(gòu)承載力下降。繼而將誘發(fā)其它形式的裂縫;而其它裂縫的產(chǎn)生又會加劇鋼筋銹蝕,最后可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。要防止鋼筋銹蝕。主要應(yīng)確保鋼筋有足夠的保護(hù)層厚度(保護(hù)層亦不能太厚,否則構(gòu)件有效高度減小,受力時將加大裂縫寬度);施工時應(yīng)控制混凝土的水灰比,并應(yīng)加強(qiáng)振搗,保證混凝土的密實(shí)性:還要嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量,對沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎用含氯鹽的外加劑。

二、裂縫的修補(bǔ)方法

1.表面封閉修補(bǔ)法

通常是在混凝土表面沿寬度較小的裂縫涂抹樹脂保護(hù)膜,在裂縫寬度有可能變動時,可采用具有跟蹤性的焦油環(huán)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(jié)構(gòu)物上也可大面積涂抹保護(hù)膜。

2.鑿深槽嵌補(bǔ)法

先沿裂縫鑿一條深槽,槽形根據(jù)裂縫位置和填補(bǔ)材料而定,然后在槽內(nèi)嵌補(bǔ)各種黏結(jié)材料,如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲凝等。

3.表面嘖漿法

在經(jīng)鑿毛處理的裂縫表面,噴射一層密實(shí)而且強(qiáng)度高的水泥砂漿保護(hù)層來封閉裂縫的一種修補(bǔ)方法。根據(jù)裂縫的部位、性質(zhì)和修補(bǔ)要求與條件,可采用無筋素噴漿,或掛網(wǎng)噴漿結(jié)合鑿槽嵌補(bǔ)等修補(bǔ)方法。

4.打箍加固封閉法

當(dāng)鋼筋混凝土產(chǎn)生主應(yīng)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(yīng)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(bǔ)加固部位主應(yīng)力的大小、箍的安全應(yīng)力及混凝土的抗壓強(qiáng)度通過計(jì)算確定。

5. 粘貼鋼板法

將整個鋼板黏貼于待修補(bǔ)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(jié)劑一般采用環(huán)氧基液黏結(jié)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(huán)氧樹脂膠泥封閉四周,而后從注入El注入環(huán)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(shí)。這種施工法雖然費(fèi)時,但即使混凝土表面不平整也可進(jìn)行施工。

三、結(jié)語

隨著我國公路橋梁事業(yè)的發(fā)展和裂縫開展機(jī)理的進(jìn)一步研究,影響因素逐漸量化。隨著結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展和計(jì)算軟件的應(yīng)用,大部分因素對鋼筋混凝土裂縫的影響能夠較準(zhǔn)確的計(jì)算出來,采取適當(dāng)?shù)拇胧┛梢灶A(yù)防和控制裂縫開展。?