混凝土橋梁施工裂縫成因及防治技術(shù)

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經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、溝通的日益密切，需要便捷的交通條件來(lái)維系，近些年我國(guó)的公路橋梁工程建設(shè)呈現(xiàn)欣欣向榮的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，與其它建筑一起構(gòu)成了和諧現(xiàn)代化的城市景觀?；炷潦菓?yīng)用于橋梁工程的基礎(chǔ)材料之一，取材廣泛、耐火性好、性價(jià)比高，但其韌性較差，在施工過(guò)程中易出現(xiàn)裂縫，是橋梁工程后期的重要病害來(lái)源，會(huì)影響構(gòu)件防滲、鋼筋防銹，甚至縮短公路橋梁的使用壽命，是關(guān)乎人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要問(wèn)題，對(duì)其成因進(jìn)行分析并探討裂縫防治技術(shù)具有重要實(shí)踐意義。

1 混凝土橋梁施工裂縫形成原因

1.1 混凝土橋梁裂縫種類

混凝土橋梁裂縫按不同標(biāo)準(zhǔn)可以有許多劃分形式，依據(jù)性質(zhì)劃分是比較通用的一種，即結(jié)構(gòu)性與非結(jié)構(gòu)性兩類。前者又分為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性裂縫與施工結(jié)構(gòu)性裂縫兩種;后者則包括塑性裂縫、龜裂縫、長(zhǎng)期干裂縫、溫差裂縫等侵害性裂縫。此外，可依據(jù)裂縫形狀進(jìn)行分類，包括表面裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、貫穿裂縫等。

1.2 混凝土橋梁施工裂縫形成原因

(1)混凝土自身材料問(wèn)題

石砂、水泥、骨料及拌合水是構(gòu)成混凝土的主要原材料，若選用的這些材料不合乎工程標(biāo)準(zhǔn)，在配置過(guò)程中又未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則會(huì)導(dǎo)致施工混凝土裂縫的形成。其中，若選擇的砂石孔隙率較大，則必須增加水泥與拌合水的量來(lái)維持混凝土的和易性，而拌合水增加過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致混凝土硬度減小、收縮力增加，進(jìn)而容易產(chǎn)生裂縫;而砂石原料中若云母成分較多，則會(huì)降低水泥的粘合力，使得混凝土強(qiáng)度變低;若砂石中含泥量較多，一方面會(huì)增加拌合水與水泥的用量，另一方面也會(huì)降低其抗凍性能與防滲性能。此外，為了提高混凝土質(zhì)量，通常會(huì)添入適量外加劑，若這些外加劑中氯化物含量較高，則很容易造成鋼筋材料銹蝕，進(jìn)而導(dǎo)致公路橋梁出現(xiàn)病害現(xiàn)象。

(2)荷載作用

荷載裂縫通常是橋梁在靜荷載、動(dòng)荷載和次應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫現(xiàn)象，具有多種表現(xiàn)形式。其中，當(dāng)垂直荷載過(guò)大時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)上方受到拉應(yīng)力、下方受到壓應(yīng)力，在此彎曲應(yīng)力作用下，易產(chǎn)生較大裂縫;對(duì)于公路橋梁而言，動(dòng)荷載作用更為明顯，在長(zhǎng)期過(guò)往車輛超載或行車頻率過(guò)高的情況下，混凝土橋梁會(huì)逐步發(fā)生損傷直至出現(xiàn)無(wú)法修復(fù)的現(xiàn)象。這種情況早期不易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的病害演變，車輛通過(guò)時(shí)可觀察到裂縫，車輛通過(guò)后裂縫消失，隨著病害的擴(kuò)大化，在車輛通行后裂縫依然可觀察到，此時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的開(kāi)裂現(xiàn)象，給修補(bǔ)工作帶來(lái)極大困難。

(3)混凝土收縮

這是最為普遍的一種混凝土裂縫產(chǎn)生原因，包括塑性收縮、縮水收縮、碳化收縮、自生收縮等形式，其中，塑性收縮與縮水收縮是最為主要的影響因素?；炷了^(guò)程一般在澆筑4～5 小時(shí)后趨于明顯，水分開(kāi)始急劇蒸發(fā)、骨料迅速下沉，而硬化過(guò)程尚未結(jié)束，這時(shí)發(fā)生的收縮現(xiàn)象稱之為塑性收縮;而混凝土初步硬化結(jié)束后，表面的水分也會(huì)逐漸流失，溫度降低的同時(shí)體積隨之縮小，稱之為縮水收縮。在這一系列過(guò)程中，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外收縮比率不同，表面收縮大于內(nèi)部收縮，故表面會(huì)承受一定的拉應(yīng)力，若混凝土配置比未控制好，此拉力強(qiáng)度可能超過(guò)表面抗拉伸強(qiáng)度，從而產(chǎn)生收縮裂縫。

(4)溫度變化與凍脹因素

混凝土橋梁所處的外部環(huán)境是在不斷變化之中的，而其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫度也并非一成不變，在溫度發(fā)生變化的情況下，混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮現(xiàn)象，從而導(dǎo)致形變，由此引發(fā)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力，當(dāng)這種應(yīng)力強(qiáng)度超過(guò)混凝土自身所能承受的限度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫變裂縫。而與其它因素形成的裂縫具有明顯區(qū)別的是，這種裂縫會(huì)隨著溫度變化而變化，合攏或者是擴(kuò)張。為此，結(jié)合前文所述的混凝土收縮現(xiàn)象，應(yīng)選擇水化后放熱較低的水泥種類，降低混凝土內(nèi)外溫差。此外，當(dāng)公路橋梁所處環(huán)境溫度降至零點(diǎn)以下時(shí)，混凝土吸水飽和，游離在其中的水分會(huì)凍結(jié)成冰，體積膨脹，混凝土受到來(lái)自內(nèi)部的膨脹應(yīng)力，加之過(guò)冷水導(dǎo)致的內(nèi)部結(jié)構(gòu)遷移現(xiàn)象，滲透壓增大，進(jìn)一步增加膨脹力，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土混凝土強(qiáng)度大幅下降，造成嚴(yán)重后果。

(5)施工工藝質(zhì)量

施工工藝質(zhì)量引起的裂縫來(lái)自多方面:①在地基未壓實(shí)的情況下，橋梁基礎(chǔ)承載力未達(dá)標(biāo)，澆筑混凝土后支架會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降現(xiàn)象，給混凝土結(jié)構(gòu)帶來(lái)外加應(yīng)力;②支架強(qiáng)度及穩(wěn)定性不足的情況下，澆筑混凝土?xí)?dǎo)致模板變形，進(jìn)而產(chǎn)生混凝土裂縫;③混凝土配置比未合實(shí)際需求、攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，混凝土和易性降低，埋下隱患。

2 混凝土橋梁施工裂縫防治技術(shù)

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程

優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程主要面向荷載裂縫的預(yù)防，避免結(jié)構(gòu)突變、斷面突變現(xiàn)象的出現(xiàn)，若必須使用，應(yīng)計(jì)劃好細(xì)部處理的方式，例如將直角連接變?yōu)閳A角、增加斜向鋼筋等，力求將突變轉(zhuǎn)化為漸變過(guò)渡的形式。而為了預(yù)防溫度變化引起的裂縫現(xiàn)象，也可采取增加構(gòu)造鋼筋的方式，特別對(duì)于厚度在60 厘米以下的薄壁結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，提高其抗裂性是十分重要的。

2.2 合理選擇施工材料

施工材料的選擇是影響混凝土質(zhì)量及使用壽命的關(guān)鍵性因素之一，同時(shí)又是一個(gè)相對(duì)可控的因素，要求施工方依據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)與實(shí)際情況合理選擇水泥品種，嚴(yán)格控制骨料用量，盡量減小水灰比，選用性能好的外加劑。

2.3 科學(xué)把握施工環(huán)節(jié)

科學(xué)的施工環(huán)節(jié)是預(yù)防混凝土裂縫的有力措施，在施工前，方案設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)混凝土運(yùn)輸、澆筑量、澆筑時(shí)間，施工縫間距、位置等進(jìn)行設(shè)定。在變截面處或其它應(yīng)力較小處設(shè)置垂直分割線，作為一次澆筑的范圍，保證過(guò)程中澆筑連續(xù)。而澆筑時(shí)間則應(yīng)回避高溫氣候與晝夜溫差大的情況，避免混凝土成型過(guò)程中出現(xiàn)收縮裂縫。此外，鋼筋與模板的安裝位置也應(yīng)精確設(shè)定，保證其安裝牢固度，避免混凝土澆筑引發(fā)其變形現(xiàn)象，對(duì)于鋼筋、模板表面的污物也應(yīng)及時(shí)處理，保證其粘結(jié)力。澆筑過(guò)程中振搗棒應(yīng)快插慢拔，準(zhǔn)確把握振搗時(shí)間，盡量避免過(guò)振與漏振現(xiàn)象的發(fā)生。

2.4 裂縫處理技術(shù)

(1)表面修補(bǔ)法，這是一種針對(duì)于比較穩(wěn)定的、對(duì)整體承載力沒(méi)有顯著影響的表面裂縫病害處理形式，具有簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)，一般采用在裂縫表面涂抹泥漿或涂刷油漆、瀝青等措施進(jìn)行處理;(2)灌漿封堵法，利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土裂縫中使其形成一個(gè)整體，進(jìn)而起到加固混凝土結(jié)構(gòu)的作用，主要針對(duì)于防滲需求的裂縫或?qū)φw結(jié)構(gòu)有影響的裂縫處理過(guò)程;(3)結(jié)構(gòu)加固法，也是針對(duì)影響整體結(jié)構(gòu)性能裂縫的一種有效處理方法，具體包括構(gòu)件外包型鋼、預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固等形式;(4)電化學(xué)防護(hù)法，主要包括陰極防護(hù)法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法等形式，通過(guò)外加電場(chǎng)引起的介質(zhì)電化學(xué)作用，改變橋梁工程混凝土結(jié)構(gòu)的外部環(huán)境狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到防腐目的，保護(hù)整體結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)公路橋梁使用壽命。

［1］趙忠英.淺談橋梁施工裂縫成因及防治措施［J］.黑龍江科技信息，2013(25);

［2］夏季.公路橋梁施工中裂縫的成因及防治對(duì)策［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015(14).

［3］張鎮(zhèn).橋梁施工混凝土裂縫成因及防治［J］.江蘇科技信息，2015(09).