浅析桥梁混凝土质量通病及防治

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  摘 要:混凝土工程施工时,经常发生一些质量通病,在施工中较难根治,但可预防或减少、减轻。本文根据笔者多年施工过程中的所见所闻以及施工日记总结,并结合施工实际情况对桥梁混凝土质量通病进行分析说明,意在探讨采取有效的预防措施,提高混凝土的综合质量。
  关键词:桥梁;混凝土;质量;通病;防治
  混凝土工程施工过程中,经常发生一些质量通病,影响结构的外观质量与使用安全,如何最大限度的消除质量通病,保证工程结构内优外美,是工程管理人员急需掌握的。桥梁混凝土质量通病很多,本文主要例举以下几个常见质量通病:(1)裂缝(重点);(2)蜂窝、麻面;(3)孔洞;(4)露筋;(5)缝隙、夹层;(6)缺棱掉角;(7)表面不平整;(8)强度不够,均质性差;(9)色差或层印。下面就针对以上的缺陷,结合本人在施工中的实践、所见所闻,淺谈如何进行防治。
  1 裂缝
  出现裂缝的原因很复杂,也比较普遍,主要有材料或气候因素、施工不当、施工错误等,通常可归纳为以下几种:(1)混凝土尚处于未完全硬化状态时,如干燥过快,则产生收缩裂缝,通常发生在表面上,裂缝不规则,宽度小。(2)水泥水化硬化时的裂缝。水泥在水化及硬化过程中,散发大量热量,使混凝土内外部产生温差,超过一定值时,因混凝土的收缩不一致而产生裂缝。(3)温缩裂缝。水泥在硬化期间,混凝土表面与内部温差较大,导致混凝土表面急剧的温度变化而产生较大的降温收缩,受到内部混凝土的约束,而出现裂缝。(4)由于施工不当、模板支撑下沉,或过早拆除模板和支撑等形成的裂缝。(5)梁体在堆放、运输过程中,由于支撑不合理、吊点位置不符,以及较大的振动或冲击荷载,也会导致梁出现裂缝。
  1.1 现象一:混凝土尚处于未完全硬化状态时,如干燥过快,则产生收缩裂缝,通常发生在表面上,裂缝不规则,宽度小。
  预应力空心板梁混凝土初凝静养后,取出气囊时,在板梁构造筋顶部出现锲形裂缝,深度1.0~3.0mm,宽度0.1~0.2mm的沉降裂缝。
  钢绞线放张切割,板梁进入存梁场堆放数天后,发现收缩裂缝,出现部位为板梁顶部、板梁两侧绞缝或边梁挑臂折角,裂缝细小(0.1~0.2mm),无规则,纵横交织。
  混凝土初凝静养、脱模后,在板梁两侧的表面有浅层花纹裂纹。面积约300mm×300mm相隔一段距离重复出现。底部纵向有小于0.2mm不贯穿裂缝和横向细小裂纹。对应顶部亦出现横向裂纹。
  1.1.1 原因分析:(1)橡胶气囊内的气压缓慢泄漏,使初凝的混凝土局部失去支撑下陷。(2)钢绞线的塑料隔离圈(失效段)未按设计图的要求设置,放张后梁的端面承受不均匀压应力。(3)混凝土构件表面砂浆层的固化收缩量大于内部,表面水分散失大于内部,混凝土结构内外应力不一致。(4)梳筋板安放不到位,构造筋的混凝土保护层厚度不足。
  1.1.2 防治措施:(1)板梁必须进行湿水养护或采用油布(塑料薄膜)覆盖板梁,利用水化热养护,减少收缩裂缝。(2)确保生产过程中气囊的恒定压力值。(3)塑料隔离圈应完整有效,并正确就位。一般收缩裂缝可以用1∶3砂浆修补。
  1.2 现象二:应力产生的裂缝
  1.2.1 现象:预应力混凝土空心板竖向裂缝,混凝土浇筑完成拆模后,沿连接筋竖向裂缝,一般长度50~150mm,宽度为0.2~1.5mm。
  1.2.2 原因分析:(1)形成这一类裂缝的主要原因之一为混凝土自身应力形成的裂缝。收缩裂缝:混凝土凝固时,一些水份与水泥颗粒结合,使体积减少,称为凝缩。另一些水份蒸发,使体积减小,称为干缩,凝缩和干缩合称为收缩。混凝土的干燥过程是由表面逐步扩展到内部的,在混凝土内呈现含水梯度。因此产生表面收缩大,内部收缩小的不均匀收缩,致使表面混凝土承受拉力,内部混凝土承受压力。当表层混凝土所产生的拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。
  温度裂缝:混凝土受水泥水化放热、阳光照射、夜间降温等因素影响而出现冷热变化时,将发生收缩和膨胀,产生温度应力,温度应力超过混凝土抗拉强度时,即产生裂缝。或由于水化热作用,使混凝土内部与外表面温差过大,这时内部混凝土受压应力,表面混凝土受拉应力。由于混凝土抗压强度远大于抗拉强度,表面拉应力可能先达到并超过混凝土抗拉强度,而产生间距大致相等的直线裂缝(称温差裂缝)。(2)原材料因素。高强混凝土由于其水泥用量大多是普通混凝土的1.5~2倍。这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即自缩就大于普通混凝土,出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。高强混凝土因采用高标号水泥且用量大,这样在混凝土硬化过程中,水化放热量大,将加大混凝土的最高温升,从而使混凝土的温度收缩应力加大。碎石和砂含泥量超标也将对混凝土表面裂缝有一定影响。(3)施工工艺因素。混凝土的拌制时间过短,将影响混凝土的均匀性,水灰比过大将使混凝土干缩量加大,产生干缩裂缝。混凝土浇注振捣过程出现过振现象将使混凝土表面粗细集料离析、泌水,靠近模板的混凝土表面细集料集中。(4)混凝土内箍筋的影响因素。由于钢筋和混凝土膨胀率的差异,钢材的膨胀率大于混凝土的膨胀率,混凝土表面的拉应力小于钢筋膨胀所产生的应力,从而使混凝土表面拉裂。
  1.2.3 裂缝的预防措施
  (1)严把原材料质量关。进场材料必须经严格检验后方能使用,对高标号混凝土使用高标号水泥,减少水泥用量,水泥初凝时间必须大于45分钟。细集料使用级配良好的中砂,细度模数Mx应大于2.6,含泥量小于2%。粗骨料使用质地坚硬、级配良好的碎石,含泥量小于1%,针片状颗粒含量应小于5%。严格控制水灰比,保证水的用量控制在标准之内。(2)混凝土拌和:细致分析混凝土集料的配比,控制混凝土的水灰比,减少混凝土的坍落度,合理掺加塑化剂和减水剂。混凝土拌和时间控制在2min,不能过短,也不能过长。搅拌时间短则混合料拌制不均匀,时间过长,会破坏材料的结构。保证混凝土的均匀性,严格控制加水量,经常检测混凝土的坍落度,以保证混凝土具有良好的和易性。(3)混凝土的浇注:混凝土浇注应选择一天中温度较低的时候进行,采用插入式振捣器振捣时,应快插慢提,移动间距不应超过振捣器作用半径的1.5倍,对每一振捣部位必须振动到混凝土停止下沉,不在冒出气泡,表面呈现平坦、泛浆(振捣密实的标志),边振动边徐徐提出振动棒,避免过振,造成混凝土离析。(4)混凝土养护:不论是收缩裂缝还是温度裂缝,混凝土的养护最为关键。等混凝土脱模之后才开始洒水养护的方法是错误的。混凝土浇注收浆完成后,尽快用草帘或土工布覆盖、洒水养护,使混凝土表面始终保持在湿润状态,不允许混凝土在高温下裸露暴晒。由于水泥在水化过程中产生很大的热量,混凝土浇注完成后必须在侧模外喷水散热,以免混凝土由于温度过高,体积膨胀过大,在冷却后体积收缩过大产生裂缝,养护时间不少于7天。   1.3 現象三:保护层及钢筋设计不合理产生的裂缝
  1.3.1 现象:预应力混凝土箱梁,采用支架现浇法施工的预应力混凝土箱梁底板,在沿预应力钢束波纹管位置下出现断断续续、长度不等的裂缝,宽度大部分在0.2mm以下。
  1.3.2 原因分析:(1)形成这一类裂缝的主要原因之一是预应钢束的保护层厚度偏薄,加上采用的高标号水泥用量偏多,水泥浆含量偏大,导致较大的收缩变形。由于箱梁结构的内约束,包括底板截面的不均匀收缩和波纹管对混凝土收缩的约束作用,导致较大的混凝土收缩应力,超过了当时混凝土的抗拉强度,从而出现了沿波纹管纵向的收缩裂缝。(2)箱梁底板横向分布钢筋间距偏大。(3)箱梁底板预应力钢束布置不够合理。(4)混凝土振捣不密实,养护措施不到位。(5)张拉预应力束时的混凝土龄期偏小。
  1.3.3 防治措施:(1)改进泵送混凝土的级配,优化降低混凝土收缩变形的材料配合比,其中包括水泥用量、水灰比、外加剂等。(2)采取技术措施,确保预应力波纹管保护层的厚度,一般不小于5cm。(3)对底板构造钢筋和底板预应力钢束的间距采取合理布置。(4)加强对箱梁底板混凝土外表面的养护工作。(5)适当延长混凝土张拉龄期。
  1.4 现象四:外力产生的裂缝
  1.4.1 现象:(1)预制梁在堆放场地内构件发现有网状裂缝;(2)预制梁在堆放场地内构件发现支承点上有裂缝;(3)构件在堆场产生规律裂缝;(4)预制梁经运输后,产生裂缝。
  1.4.2 原因分析:(1)早期养护不足,堆放期养护又没有跟上,导致混凝土收缩裂缝;(2)预制梁支承点位置错误;(3)预制梁堆放场地承载力不够,支承下沉,构件接触地面,改变受力状态;(4)运输过程中支承位置与设计规定不符,以致构件受力状态变化,产生过多的附加应力,使混凝土产生裂缝;(5)运输线路的道路状况不佳,过大的跳动,构件受振,甚至共振,受力状态变化。
  1.4.3 预防措施:(1)改善堆放场地内构件的继续养护条件;(2)正确安置支承点,位置必须符合设计要求,多层堆放时,各层支承点必须在同一垂直线上;(3)提高堆放场地地基承载力。做好堆放场地排水,防止地基被水泡软。严格按规定控制堆放层次数量;(4)正确设置支承点的位置,必要时增设托架,确保预制梁受力状态不变化。(5)选择路况较好的线路进行运输,行驶保持中等速度,防止急刹车。
  2 蜂窝、麻面
  2.1 现象:混凝土板体侧面存在明显的孔穴,大小不一,状如蜂窝;构件表面局部区域明显毛糙;气泡明显,且连成片状,无规则;混凝土局部表面出现缺浆和许多小凹坑、麻点,形成粗糙面。
  2.2 产生的原因
  (1)混凝土未分层下料,振捣时间不够、不密实,或漏振,使混凝土颗粒间的空隙未能被砂浆填满,气泡未能排除,特别是在模板处,颗粒移动阻力大,更易出现蜂窝、麻面;(2)模板缝隙未堵严,水泥浆流失;(3)模具清理不彻底,隔离剂涂刷不均匀;(4)混凝土配合比不当或砂、石子、水泥材料、水量计量不准,造成砂浆少、石子多;(5)浇筑混凝土时,若气温较高;混凝土坍落度小,模板湿水不够,局部钢筋太密,振捣困难;易使混凝土出现蜂窝、麻面不密实现象;(6)混凝土搅拌时间不够,未拌合均匀,和易性差;(7)下料不当或下料过高,未设串筒使石子集中,造成石子、砂浆离析。
  2.3 防治的措施
  2.3.1 认真设计并严格控制混凝土配合比,经常检查,做到计量准确,混凝土拌合均匀,坍落度适合;混凝土下料高度超过2m应设串筒或溜槽。
  2.3.2 浇注应分层下料,分层振捣,振捣要适度,尽量排除混凝土中的空气,防止漏振。
  2.3.3 模板要有足够的刚度和稳定性,模板缝应堵塞严密,不得有空隙,浇注中,应随时检查模板支撑情况防止漏浆。
  2.3.4 脱模剂的涂刷应薄而匀,不能过于集中和出现流淌现象。
  2.3.5 根据施工气温,合理调整混凝土坍落度和混凝土水灰比,当气温高时,应做好模板湿润工作。
  2.3.6 模具的清理应彻底。
  2.3.7 脱模后应及时修补,以免造成混凝土的色差。
  2.3.8 水泥砂浆抹平压实;较大蜂窝,凿去蜂窝处薄弱松散颗粒,刷洗干净,支模后用高一级细石混凝土仔细填塞捣实,较深蜂窝,如清除困难,可埋压浆管、排气管,表面抹砂浆或灌筑混凝土封闭后,进行水泥压浆处理。
  3 孔洞
  3.1 现象:混凝土结构内部有尺寸较大的空隙,局部没有混凝土或蜂窝特别大,局部钢筋裸露。
  3.2 产生的原因
  3.2.1 在钢筋较密的部位或预留孔洞和埋件处,混凝上下料被搁住,未振捣或振捣不密实就继续浇筑上层混凝土。
  3.2.2 混凝土离析,造成石子成堆,或严重跑浆,又未进行振捣或振捣不密实。
  3.2.3 混凝土一次下料过多,过厚,下料过高,振捣器振动不到,形成松散孔洞。
  3.2.4 混凝土内掉入工具、木块、泥块等杂物,混凝土被卡住。
  3.3 防治的措施
  3.3.1 在钢筋密集处及复杂部位,采用细石混凝土浇注,在模扳内充满,认真分层振捣密实,预留孔洞,应两侧同时下料,侧面加开浇注门,严防漏振,砂石中混有粘土块、模板工具等杂物掉入混疑土内,应及时清除干净。
  3.3.2 将孔洞周围的松散混凝土和软弱浆膜凿除,用压力水冲洗,湿润后用高一等级细石混凝土仔细浇灌、捣实。
  4 露筋
  4.1 现象:混凝土内部主筋、副筋或箍筋局部裸露在结构构件表面。
  4.2 产生的原因
  4.2.1 浇注混凝土时,钢筋保护层垫块位移、脱落、垫块太少或漏放,致使钢筋紧贴模板外露。   4.2.2 结构构件截面小,钢筋过密,石子卡在钢筋上,使水泥砂浆不能充满钢筋周围,造成露筋。
  4.2.3 混凝土配合比不当,产生离析,模板部位缺浆或模板漏浆。
  4.2.4 混凝土保护层太小或保护层处混凝土振捣不实;或振捣棒撞击钢筋或踩踏钢筋,使钢筋位移或绑扣松散,造成露筋。
  4.2.5 模扳未浇水湿润.吸水粘结或脱模过早,拆模时缺棱、掉角,导致漏筋。
  4.2.6 钢筋骨架尺寸偏大,局部钢筋紧靠模板。
  4.3 防治的措施
  4.3.1 浇注混凝土时应保证钢筋位置和保护层厚度正确,并加强检验,钢筋密集时,应选用适当粒径的石子,保证混凝土配合比准确和良好的和易性;混凝土振捣应尽量避免撞击钢筋,人员操作踩踏钢筋后,如有踩弯或脱扣等及时调整;混凝土要振捣密实;正确掌握脱模时间,防止过早拆模,碰坏棱角,严格检查钢筋外形尺寸,不得超出允许偏差;按设计保护层厚度制作保护层垫块。适当加密设置保护层垫块,竖立钢筋可采用埋有铁丝的垫块,绑在钢筋骨架外侧。
  4.3.2 已产生表面漏筋的部位,为保证修复砂浆与原混凝土接合可靠,原混凝土要凿毛、修边并用水冲洗湿润,用铁刷子刷净,并在表面保持湿润的情况下抹1:2或1:2.5水泥砂浆,将漏筋部位抹平。
  5 缝隙、夹层
  5.1 现象:混凝土内存在水平或垂直的松散混疑土夹层。
  5.2 产生的原因
  5.2.1 施工缝或变形缝未经接缝处理、清除表面水泥薄膜和松动石子,未除去软弱混凝土层及未充分湿润就灌筑混凝土。
  5.2.2 施工缝处锯屑、泥土、砖块等杂物未清除或未清除干净。
  5.2.3 混疑土浇灌高度过大,未设串简、溜槽,造成混凝土离析。
  5.2.4 底层交接处未灌接缝砂浆层,接缝处混凝土未很好振捣。
  5.3 防治的措施
  5.3.1 认真按施工规范要求处理施工缝及变形缝表面;接缝处锯屑、泥土砖块等杂物应清理干净并洗净;混凝土浇灌高度大于2m应设串筒或溜槽,接缝处浇注前应先浇20-50mm厚原配合比无石子砂浆,以利结合良好;并加强接缝处混凝土的振捣密实。
  5.3.2 缝隙夹层不深时,可将松散混凝土凿去,洗刷干净后,用1:2或1:2.5水泥砂浆填密实;缝隙夹层较深时,应清除松散部分和内部夹杂物,用压力水冲洗干净后支模,灌细石混凝土或将表面封闭后进行压浆处理。
  6 缺棱掉角
  6.1 现象:结构或构件边角处混凝土局部掉落,不规则,棱角有缺陷。
  6.2 产生的原因
  6.2.1 模板未充分浇水湿润或湿润不够(尤其是木模),混凝土浇筑后养护不好,造成脱水,强度低,或模板吸水膨胀将边角拉裂,拆模时,棱角被粘掉。
  6.2.2 强度过低或过早拆除侧面非承重模板。
  6.2.3 拆模时,边角受外力或重物撞击,或保护不好,棱角被碰掉。
  6.2.4 模板未涂刷隔离剂,或涂刷不均。
  6.3 防治措施
  6.3.1 模板(尤其是木模)在浇筑混凝土前应充分湿润,混凝土浇筑后应认真浇水养护,拆除侧面非承重模板时,混凝土应具有1.2N/mm2以上强度;拆模时注意保护棱角,避免用力过猛过急;吊运模板,防止撞击棱角,运输时,将成品棱角用草袋等保护好,以免碰損。
  6.3.2 缺棱掉角,可将该处松散颗粒凿除,冲洗充分湿润后,视破损程度用1:2或1:2.5水泥砂浆抹补、整平,或支模后用比原来高一级混凝土捣实补好,认真养护。
  结束语
  桥梁混凝土质量通病种类繁多,原因分析也很复杂,笔者仅就施工中所见的上述问题进行了一些说明与分析,以期抛砖引玉,或可为施工提供一些有用的资料,不当之处还望同行指正。
  参考文献
  [1]JTJ041-2000《公路桥涵施工技术规范》、《道路桥梁工程质量通病防治手册》.
  作者简介:金志民,现任职务:项目副经理。
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