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混凝土桥梁裂缝的种类、成因和预防措施-工商银行毕业论文

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一、混凝土桥梁裂缝的种类和成因

混凝土桥梁因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状,并且耐火性好、不易老化、养护费用低,成为当今世界桥梁结构中使用最广泛的建筑材料。近年来,因出现裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的报道屡见不鲜。为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识,尽量避免工程中出现危害较大的裂缝,现对混凝土桥梁裂缝的种类和产生原因作较全面的分析。

结构裂缝的成因复杂而繁多,比如:温湿度的变化,混凝土的不均匀性,结构不合理,原材料不符合要求,水灰比过大,基础不均匀沉降和模板变形,养护不及时等。混凝土结构裂缝的种类,就其产生的原因,大致可划分如下几类:

1.1 荷载引起的裂缝

荷载裂缝是指混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝,主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

1.1.1 直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝,其产生原因:

1)设计方面,计算模型不合理;内力与配筋计算错误;设计断面或结构刚度不足等。

2)施工方面,对设计意图理解不清,改变结构受力模式;预制构件起吊、运输、安装等不规范。

3)使用阶段,超出设计载荷的重型车辆过桥;受车辆、船舶的接触、撞击;发生大风、大雪、地震、爆炸等。

1.1.2 由外荷载引起的次生应力产生裂缝被称为次应力裂缝,其产生原因:

1)在设计外荷载作用下,由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑,从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。

2)桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等,在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算,一般根据经验设置受力钢筋。若处理不当,在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。

1.2 环境因素引起的裂缝

主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理,原材料不合格(如碱骨料反应),模板变形,基础不均匀沉降等。混凝土构件多次受冰冻———溶解循环作用,使混凝土中产生内应力,促进已有裂缝发展,结构疏松,表面龟裂,表层剥落或整体崩溃。

1.3 收缩引起的裂缝

收缩裂缝是混凝土因收缩而发生的体积变化,它主要包括塑性收缩裂缝和干缩裂缝。塑性收缩裂缝主要发生在初凝开始,进行养护之前。此时水泥水化反应剧烈,会出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩。收缩时,表层受到深层混凝土以及模板、钢筋的制约,使由软变硬的塑态混凝土产生拉应力,从而形成微裂缝。而干缩裂缝则多发生在混凝土硬化前后。此时混凝土表层水分散发快,内部散发慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩。表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土受到的拉应力超过其抗拉强度时,就会产生收缩裂缝。

1.4 地基础变形引起的裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,使结构中产生附加应力,超出混凝土结构的抗拉能力,导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有:1)地基地质差异太大,地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。2)结构荷载差异太大。在不改变条件地质情况下,各部分基础荷载差异太大时,有可能引起不均匀沉降。3)结构基础类型差别大,也可能引起地基不均匀沉降。4)地基冻胀。在低于零度的条件下含水率较高的地基土因冰冻膨胀;一旦温度回升,冻土融化,地基下沉。因此地基的冰冻或融化均可造成不均匀沉降。5)桥梁基础置于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时,可能造成不均匀沉降。6)拱桥等产生水平推力的结构物,对地质情况掌握不够、设计不合理和施工时破坏了原有地质条件是产生水平位移,导致结构开裂。

二、 混凝土桥梁裂缝的防治措施

2.1 施工预防措施

对混凝土配合比设计,应考虑高温,高蒸发引起拌和物塌落度的损失;适当调整混凝土配合比增加用水量,加大水灰比,为避免混凝土强度下降可添加适量的高效减水剂。桥梁工程所用水泥,多用普通硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥水化热高,混凝土蒸发收缩凝固较快,使混凝土表面产生裂缝,为缓解混凝土急剧收缩可适当掺入缓凝剂。

酷暑高温,混凝土拌和用水均在 30℃以上,为改善混凝土浇注后温度过高,可在水中加冰块降低混凝土拌和用水的温度,或者在夜间施工,避过高温烈日。砂、碎石等材料在混凝土中所占比例 80%左右,因此在高温下必须采取遮阳洒水措施来降低砂、料石的使用温度。

2.2 施工工艺措施

2.2.1 材料的控制。施工材料质量、收缩引起的裂缝,是可以控制其最小限度的发生,施工时严格按规范选用材料,坚决杜绝不合格的材料,优化混凝土配合比,合理选用水泥品种。对原材料(钢筋、水泥、砂、碎石、水等)都应进行严格的抽样检验。对混凝土配合比应进行对比试验,在高温下或雨后施工对砂、碎石进行含水量实验,及时调整施工配合比,确保混凝土的施工质量。

2.2.2 混凝土拌和与浇注。混凝土应严格按照配合比计量投料,拌和时间不应小于 1~2 分钟,使和易性好,不离析,不析水,运输时间短,浇注时分层浇注,分层厚度不应大于 30cm。振捣时应让振捣棒插入前层 5~10cm,振捣时间为 1 分钟左右,直至排出气泡为止。浇筑之前首先要对模板及支架、钢筋及其保护层厚度、预埋件、预留孔洞等进行检查,确认无误后方可进行浇筑。混凝土的拌和运输等必须满足连续浇筑要求。浇筑中要防止钢筋、模板、定位筋、垫块及预埋管道的移动和变形。大体积混凝土浇筑还要满足分层浇筑、分层振捣的要求,并应采取一定的散热措施,有效降低混凝土内外的温差,从而减少温度裂缝的产生。振捣要密实,确保混凝土能填充到各个角落,同时也要避免过振引起塑性裂缝和干缩裂缝。

2.3 混凝土塌落度的控制:混凝土运输。在运输过程中,混凝土不能离析,避免日晒雨淋,运输时间不应大于 30 分钟。加强混凝土养生。混凝土养生的方法有洒水养生、薄膜养生和蒸汽养生等。养生时间不应少于 7 天。

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