桥梁混凝土裂缝成因、预防与处理.pdf
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1、1 1 4 桥梁结构 城 市道桥 与防洪 2 0 1 4 年 5 月第 5 期 桥梁混凝土裂缝成因、 预防与处理 赵 利 利 ( 合肥市规划设计研究院, 安徽合肥 2 3 0 0 4 1 ) 摘 要: 混凝土裂缝的成因复杂而繁多 , 有时甚至多种因素相互影响。但就一些具体裂缝而言, 总有主导原因。为了便于分析、 鉴 别工程中发生的裂缝。根据裂缝产生的原因, 常见裂缝可分为荷载引起的裂缝、 温度变化引起的裂缝 、 收缩引起的裂缝、 地基基础 变形引起的裂缝、 化学反应引起的裂缝等。在实际工程施工中要区别对待, 根据实际情况选用合适的方法进行预防。 关键词: 混凝土; 裂缝; 成因; 预防与处理
2、中图分类号 : U 4 4 5 7 1 文献标 识码 : B 文章编 号 : 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 4) 0 5 一 O 1 1 4 0 4 1 混凝土裂缝产生的原 因 1 1荷载引起 的裂缝 混凝土桥梁在 常规静 、动荷载及次应力下产 生的裂缝称为荷载裂缝, 分为直接应力裂缝、 次应 力裂缝两种 。 直接应力裂缝是 指外荷载引起 的直接应力产 生的裂缝 。裂缝产生 的原 因有: ( 1 ) 设计计算 阶段 , 结构计算不合理, 受力假设 与实际受力不符, 安全系数不够, 不考虑施工的可 能性, 构造处理不 当等 。 ( 2 ) 施工阶段, 不加限制地堆放施工机具 、
3、 材料; 随意翻身、 起 吊、 运输 、 安装 ; 不按设计 图纸施工, 擅 自更改结构施工顺序等。 ( 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; 发生地震 、 爆炸等。 次应力裂缝是指 由外荷载引起 的次生应力产 生 的裂缝 。如桥梁结构 中经常需要凿槽 、 开洞 、 设 置牛腿等 , 这难 以用准 确的 图式进行 计算 , 一般根 据经验设置受力钢筋 。研究表 明, 受力构件挖孔后, 力流将产 生绕射现象 , 在孔洞附 近密集, 产 生 巨大 的应力集 中。实际工程 中, 次应力是产生荷载裂缝 的最常见原因。次应力裂缝多属张拉 、 劈裂 、 剪切
4、 性质。在设计上, 应注意避免结构突变f 或断面突 变), 当不能 回避 时, 应做 局部处理 , 如转 角处做 圆 角( 倒角) , 同时加强构造配筋, 转角处增配斜向钢 筋,对 于较大孔洞有条件时可在周边 设置护边角 钢 。 1 2温度变化 引起的裂缝 温度裂缝主要 由于混凝土 内外温差过大 而引 收稿 日期 : 2 0 1 4 一 O 1 2 0 作者 简介 : 赵 利利( 1 9 8 0 一) , 男 , 北京人 , 工程师 , 从 事公路 桥梁施 工管理工作。 起 , 混凝土浇筑后, 在硬化过程中, 水泥水化产生大 量 的水 化热 ( 当水泥用 量在 3 5 0 5 5 0 k g
5、m , , 每立 方米混 凝土将释放出 1 7 5 0 02 7 5 0 0 k J的热 量 , 从 而 使 混 凝 土 内 部 温 度 升 达 7 O 左 右 甚 至 1 0 MP a左右的拉 应力 ) 。当拉应力超过混凝 土的 抗拉强度极 限时 , 混凝 土表 面就会产生裂缝 , 此种 裂缝可称为内约束裂缝 。 另一方面 当混凝土后期均匀 降温 时 ,由于混 凝 土 自身 的收缩特性 , 会受到地基 、 老混凝土垫层 等的约束, 在混凝土内部产生拉应力。 这也会导致 裂缝 的产生 , 此种裂缝可称为外约束裂缝。外约束 裂缝一般发生在施工后 23个月或更长时间 , 多 在结构 中部产生 ,
6、裂缝较深或是贯穿性 的, 可以破 坏结构的整体性。 温度裂缝 的走 向通 常无一定 规律 ,大面积结 构裂缝常纵横交错 ; 梁板类长度尺寸较大 的结构 , 裂缝 多平行 于短边 ;深入和贯穿性的温度裂缝 一 般与短边方 向平行或接近平行 ,裂缝沿着长边分 段 出现 , 中间较密。裂缝 宽度大小不一 , 受温度变 化影 响较 为明显 , 冬季较宽 , 夏季较窄 。高温膨胀 引起 的混凝 土温度裂缝 是通 常 中间粗两端 细 , 而 冷缩裂缝 的粗细变化不太 明显 。此种裂缝的 出现 会 引起钢筋 的锈蚀 , 混凝土的碳化 , 降低混凝土 的 抗冻融、 抗疲劳及抗渗能力等。 1 3收缩引起的裂缝
7、混凝 土施工 中为保证其 和易性 ,混凝土 中加 入 的水 分往 往是水 泥水 化 作用所 需水 分 的 45 倍。这部分游离水蒸发后, 在 昆 凝土内部留下许多 毛细孔 , 混凝土就会产生体积收缩 , 这种变形称为 游离水蒸 发收缩 。另外水泥水化作用也会引起混 凝土的体积收缩 , 这种变形称 为混凝土 自收缩 。混 凝土的这种本身存在微细裂缝是它的一种特性 。 根 据试 验 测定 , 混 凝 土 的 最 终 收缩 量 约 为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 5 月第 5 期 城 市道桥 与 防洪 桥梁结构1 1 5 0 0 0 2 一0 0
8、 0 4 5 , 混凝土收缩值的大小和水泥品 种 、 用量 、 拌 和水量 、 骨料规格 、 振捣密实性 和养护 好坏有关 。如潮湿条件下养护 的混凝土 , 其收缩值 比在干燥条件下的混凝土收缩量减少 6 8 。 施工中常见的混凝土收缩裂缝有塑性收缩裂缝 、 沉降收缩裂缝、 干燥收缩裂缝 3 种。 ( 1 ) 塑性 收缩裂缝 塑性收缩是指混 凝土在凝结之前 ,表面 因失 水较快而产生的收缩。普通混凝土所含的水分少 , 在泌水和毛细管的双重作用下使混凝土的体积收 缩小 而且较均匀 ,所 以普通混凝土较少产 生塑性 收缩裂缝 。对于泵送混凝土而言 , 因其所含 的水分 较 多 , 若环境 温度 高
9、风速大而且干燥 , 水 分挥发迅 速 ,混凝土的泌水和毛细管提升水的综合作用还 低 于水 的挥发作用时 ,使混凝土表层脱水 速度远 大 于混 凝土 内层提供水 的速度 ,造成 了混 凝土面 层体积 收缩大 ,若 这时混凝土还未产 生足够的强 度 , 则在混凝土表面产生塑性收缩裂缝 。商 品混凝 土因运输距离长, 为防止流动性损失过大, 常常加 人缓凝剂、 保塑剂等 , 更增加 了 形成塑性收缩裂缝 的可能 。因混凝 土的塌落度大 , 对模板的侧 向压力 也大 , 使模板容易发生变形也会形成塑性裂缝 。 ( 2 ) 沉降收缩裂缝 沉降收缩裂缝产生的主要原因是混凝土浇筑 后 , 骨料 颗粒沉 降
10、, 水泥浆 上浮 , 受到钢 筋或预埋 件或大骨料的阻挡使混凝土相分离 。此外 , 混凝土 本身材料不均匀沉降也可以引起裂缝。 ( 3 ) 干燥收缩裂缝 干燥 收缩的主要原 因是 混凝 土在硬化后较 长 时 间产 生的水 分蒸 发引起的 ,且这种 收缩是不 可 逆 的。由于集料 的干燥收缩很小 , 因此混凝土的干 燥收缩 主要是 由于水 泥干燥 收缩造 成 的。混凝土 的水 分蒸发 、 干燥 过程是 由外 向 内 、 由表及里 , 逐 渐发展 的 , 由于混凝土蒸发干燥非常缓慢 , 产生 干 燥收缩 裂缝 多数在一个 月以上 ,有时甚至一年半 载 , 而且 裂缝发 生在表层 很浅 的位置 ,
11、裂 缝细微 。 但是应 当特别注意 , 由于碳化 和钢筋锈蚀 的作 用 , 干缩裂缝不仅严重损害薄壁结构的抗渗性和耐久 性 ,也会使大体积 的混凝土 的表 面裂缝发展 为更 严重的裂缝 , 影响结构 的耐久性和承载能力 。干缩 裂缝 多为表 面性 的平 行线状 或 网状浅细裂 缝 , 宽 度多在 0 0 50 2 mm之 问,混凝土干缩主要 和混 凝土的水灰比、 水泥的成分 、 水泥的用量 、 集料的 性质和用量 、 外加 剂的用量等有关 。 1 4地基基础变形引起的裂缝 由于结 构 构 件坐 落 在 未 经处 理 或 软 弱地 基 上 , 混凝土 浇灌完后 , 因地基不均 匀沉降而导致 。
12、另外 , 混凝 土因模板 刚度不足 , 支撑间距过 大或底 部松动以及过早拆模也 可以引起沉 陷裂缝 ,特别 是在冬季 , 模板支撑在冻土上 , 冻土化冻后产生不 均匀沉降, 致使混凝土结构产生裂缝。 此类裂缝的 主要表 现形式 多为深进或贯穿性 ,其位置与沉 陷 方 向一致 , 较 大的沉 陷裂缝往往有一定的错位 , 裂 缝宽度与沉陷值成正比。裂缝宽度受温度变化的 影 响较小 。地基变形稳定之后 , 沉陷裂缝也基本趋 于稳定 。 1 5化学反应引起 的裂缝 碱 骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起 的裂缝是钢 筋混凝土结构 中最常见 的由于化学反应而引起的 裂缝 。 ( 1 ) 混凝土拌和后会产生一些
13、碱性离子 , 这些 离子 与某些活性骨料产生化学反应并吸收周 围环 境中的水而体积增大,造成混凝土酥松、膨胀开 裂 。这种裂缝一般出现 中混凝 土结构使用期间 , 一 旦出现很难补救 ,因此应在施工中采取有效措施 进行预防。 ( 2 ) 由于混凝土质量较差或保护层厚度不足 , 混凝 土保护 层受二氧化 碳侵蚀碳 化至钢筋表 面 , 使钢筋周 围混凝土碱度降低 , 或 由于氯化物介入 , 钢筋周围氯离子含量较高,均可引起钢筋表面氧 化膜破坏 ,钢筋 中铁离子与侵人 到混凝土 中的氧 气 和水分发生锈蚀反应 ,其锈蚀物氢氧化铁体积 比原来增长约 24倍 , 从而对周围混凝土产生膨 胀应力 , 导致
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