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摘要:对桥梁基础大体积混凝土裂缝进行了成因分析,从设计、材料、施工及养护等角度论述了裂缝控制措施。
关键词:桥梁;基础;大体积
中图分类号:U445.7 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)09-0052-02
桥梁基础质量在很大程度上决定着桥梁的最终质量,桥梁基础多为大体积混凝土基础,目前施工中由于对大体积混凝土未能充分认识,同时由于混凝土应用条件的多样性和水泥混凝土体系自身的复杂性导致在施工后经常出现裂缝,其不仅影响了混凝土的外观质量也在一定程度上影响了最终质量,对基础的受力性能、抗渗防水性及钢筋锈蚀等都会产生危害,最终降低桥梁的使用寿命甚至导致工程失败。
1裂缝形成原因分析
1.1材料性能影响
1.1.1混凝土
混凝土浇筑完成后,内部水泥与水分发生水化反应而产生水化物,同时水化反应是放热反应,大量热能通过传导到结构表面释放,该阶段导致内部热能积聚较快,导致混凝土内部温度急剧增加、体积迅速膨胀,但结构表面则散热较快,由此导致结构内外产生温差,该温差导致结构内外热胀冷缩产生形变并受到外部边界条件的约束而引起较大的温度应力,当该应力超过混凝土的抗拉强度时则产生裂缝。
1.1.2骨料
目前国内骨料及掺和料的性能和质量存在很大差异,因此骨料和掺和料使用不当也是造成混凝土开裂的原因之一,经验表明,碱骨料反应对裂缝的产生和发展具有较大影响。
1.1.3外加剂
水化过程涵盖了混凝土初凝、终凝直至强度达到的整个过程,其中初凝时间的控制具有重要作用,而外加剂则可减慢水化热释放速率而利于热量消散。
1.2混合物结构影响
1.2.1均匀性
混凝土拌和是将各组分均匀分部的过程,在混凝土拌和后到浇筑失去流动性的过程中若操作工艺不合理将会导致内部各组分密度不同,由于水泥控制着水化热能,也是控制热胀冷缩的根本因素,若其分部不均则将导致水泥水化——硬化过程中的均匀性遭到破坏,从而引起混凝土结构强度出现不均匀导致裂缝产生。
1.2.2密实性
混凝土密实性不同将导致结构的渗透性差异,其在养护过程中外界水分子的渗入也将产生变化进而影响水泥水化作用和水化热的释放,在后期使用中将引起内部力学性能不同,密实性差的部分抵抗结构外力的性能也相对较差,从而易导致裂缝产生。
1.3使用环境影响
1.3.1温度
当混凝土结构外界环境温度和自身温度存在较大差别将影响混凝土表层和内部混凝土的膨胀和收缩,最终导致裂缝产生。
1.3.2湿度
环境湿度影响着混凝土的湿张干缩现象,在混凝土养护过程中若湿度过小则将导致结构内水分子向环境散失,最终将导致干缩裂缝产生。
1.3.3外力约束
混凝土在强度发展阶段,若混凝土的收缩或膨胀力大于其受到的外界约束反力时则结构的约束条件将被破坏,而当结构收缩力小于约束反力则将导致裂缝产生。
1.3.4外力大小
当混凝土使用过程中受到的外力大于其承受极限或在强度形成过程中违规承受荷载也会产生裂缝。
2裂缝控制措施
2.1设计角度
桥梁基础大体积混凝土结构简单、规则,适当设置伸缩缝或后浇带,实现施工中减少一次浇筑长度既可降低约束应力也可将水泥水化热从时间和空间角度分散,降低温升,同时也可通过将大体积简化为规则结构而减小应力集中。
设计时应适当增加其配筋率,在转角和交界面部位应设置分布筋,在二次浇筑时应加设钢筋网或聚丙烯纤维网以增强混凝土抗拉能力。
2.2材料控制
2.2.1水泥
应选择低水化热或中水化热、抗裂性能好的水泥,同时水泥细度不应过大以免因细度过大增加水化热,尽量避免使用早强或高强水泥。
2.2.2骨料
宜选择质地坚硬、清洁、空隙率较小、热膨胀系数小的骨料,并应控制骨料含泥量以免泥块遇水膨胀在失水后产生较大干缩,应选用级配良好的骨料以减少水泥用量;宜选用粗中砂并应尽量降低含砂率。
2.2.3掺和料
粉煤灰代替部分水泥可减小水化热及改善拌合物的和易性,并可以降低混凝土早期强度而不影响其后期强度因,而可增强混凝土的抗裂能力。
2.2.4外加剂
掺加膨胀剂可使混凝土产生较大自应力值来补偿混凝土的自收缩减少其温度应力,既可防止裂缝产生也可提高其抗渗能力实现结构自身防水能力;掺加减水剂可减小水灰比,减少水泥用量降低水化热,从而延缓混凝土的初终凝时间,使水泥水化热峰值趋于平缓,避免其内部温差引起温度应力。
2.3施工控制
2.3.1控制入模温度
大体积混凝土入模温度应不超过35 ℃,以实现延缓升温速度、减小其内外温差。一般通过控制原材料温度、运输浇筑过程中的温升和选择浇筑时间等控制入模温度。原材料温度控制主要指降低水温和水泥温度及通过搭设凉棚、通风等措施降低骨料温度;缩短混凝土出机到入模时间及在运输过程中采取隔温隔热措施等来控制运输浇筑过程中的温升;在高温季节宜选择早晚、夜间或阴天浇筑施工。
2.3.2分层浇筑
施工中浇筑层厚度应根据拌和能力、运输能力、浇筑速度及振捣能力确定,在满足条件的前提下应尽量减少一次浇筑厚度,减缓浇筑速率以实现利用浇筑面散热,但应确保在下层混凝土初凝前浇筑上层混凝土。
2.3.3二次振捣
在混凝土初凝前对已浇筑混凝土进行重复振捣和抹面以避免混凝土由于沁水、骨料下沉等产生沉缩裂缝,并可提高其密实度和抗拉强度减小混凝土收缩变形增强抗裂性。
2.3.4水管冷却
在施工过程中易在基础内布设薄壁黑铁管作为冷却水管,浇筑后采取在水管内通水冷却混凝土的方法来增强水化热的散失。
2.4养护控制
混凝土浇筑完毕后养护前应尽力避免阳光暴晒,塑性混凝土应在浇筑完成6 h～18 h内开始洒水养护,低塑性混凝土则应在浇筑完成后立即喷雾养护,并及早洒水养护;养护期间应保证养护工作连续进行,始终保持表面的湿润程度及适宜的温度;一般大体积混凝土养护时间不应小于21 d,应根据混凝土强度和内外温差决定拆模时间并应避免夜间或气温骤降时拆模,若必须在温度骤降期间拆模则必须保证在拆模后采取有效保护措施,并保证拆模后立即进行回填。
3结束语
桥梁基础大体积混凝土裂缝的存在、扩展可缩短混凝土的使用寿命甚至危及结构安全而影响结构的正常使用,由于裂缝产生因素较多,所以对其控制应从设计、材料、施工及养护等环节全方位控制,才能减少裂缝产生增强其使用性能、寿命。
参考文献
1 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997
2 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社,1999
Crack that the Concrete of Large Volume of the
Foundation of the Bridge Constructs is Controlled
Zhao Haiqing
Abstract: Have carried on the origin cause of formation and analysed to the concrete crack of large volume of the foundation of the bridge, have described the crack control measure in terms of design, material, constructing and maintaining, etc..
Key words: bridge; foundation; large volume
关键词:桥梁;基础;大体积
中图分类号:U445.7 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)09-0052-02
桥梁基础质量在很大程度上决定着桥梁的最终质量,桥梁基础多为大体积混凝土基础,目前施工中由于对大体积混凝土未能充分认识,同时由于混凝土应用条件的多样性和水泥混凝土体系自身的复杂性导致在施工后经常出现裂缝,其不仅影响了混凝土的外观质量也在一定程度上影响了最终质量,对基础的受力性能、抗渗防水性及钢筋锈蚀等都会产生危害,最终降低桥梁的使用寿命甚至导致工程失败。
1裂缝形成原因分析
1.1材料性能影响
1.1.1混凝土
混凝土浇筑完成后,内部水泥与水分发生水化反应而产生水化物,同时水化反应是放热反应,大量热能通过传导到结构表面释放,该阶段导致内部热能积聚较快,导致混凝土内部温度急剧增加、体积迅速膨胀,但结构表面则散热较快,由此导致结构内外产生温差,该温差导致结构内外热胀冷缩产生形变并受到外部边界条件的约束而引起较大的温度应力,当该应力超过混凝土的抗拉强度时则产生裂缝。
1.1.2骨料
目前国内骨料及掺和料的性能和质量存在很大差异,因此骨料和掺和料使用不当也是造成混凝土开裂的原因之一,经验表明,碱骨料反应对裂缝的产生和发展具有较大影响。
1.1.3外加剂
水化过程涵盖了混凝土初凝、终凝直至强度达到的整个过程,其中初凝时间的控制具有重要作用,而外加剂则可减慢水化热释放速率而利于热量消散。
1.2混合物结构影响
1.2.1均匀性
混凝土拌和是将各组分均匀分部的过程,在混凝土拌和后到浇筑失去流动性的过程中若操作工艺不合理将会导致内部各组分密度不同,由于水泥控制着水化热能,也是控制热胀冷缩的根本因素,若其分部不均则将导致水泥水化——硬化过程中的均匀性遭到破坏,从而引起混凝土结构强度出现不均匀导致裂缝产生。
1.2.2密实性
混凝土密实性不同将导致结构的渗透性差异,其在养护过程中外界水分子的渗入也将产生变化进而影响水泥水化作用和水化热的释放,在后期使用中将引起内部力学性能不同,密实性差的部分抵抗结构外力的性能也相对较差,从而易导致裂缝产生。
1.3使用环境影响
1.3.1温度
当混凝土结构外界环境温度和自身温度存在较大差别将影响混凝土表层和内部混凝土的膨胀和收缩,最终导致裂缝产生。
1.3.2湿度
环境湿度影响着混凝土的湿张干缩现象,在混凝土养护过程中若湿度过小则将导致结构内水分子向环境散失,最终将导致干缩裂缝产生。
1.3.3外力约束
混凝土在强度发展阶段,若混凝土的收缩或膨胀力大于其受到的外界约束反力时则结构的约束条件将被破坏,而当结构收缩力小于约束反力则将导致裂缝产生。
1.3.4外力大小
当混凝土使用过程中受到的外力大于其承受极限或在强度形成过程中违规承受荷载也会产生裂缝。
2裂缝控制措施
2.1设计角度
桥梁基础大体积混凝土结构简单、规则,适当设置伸缩缝或后浇带,实现施工中减少一次浇筑长度既可降低约束应力也可将水泥水化热从时间和空间角度分散,降低温升,同时也可通过将大体积简化为规则结构而减小应力集中。
设计时应适当增加其配筋率,在转角和交界面部位应设置分布筋,在二次浇筑时应加设钢筋网或聚丙烯纤维网以增强混凝土抗拉能力。
2.2材料控制
2.2.1水泥
应选择低水化热或中水化热、抗裂性能好的水泥,同时水泥细度不应过大以免因细度过大增加水化热,尽量避免使用早强或高强水泥。
2.2.2骨料
宜选择质地坚硬、清洁、空隙率较小、热膨胀系数小的骨料,并应控制骨料含泥量以免泥块遇水膨胀在失水后产生较大干缩,应选用级配良好的骨料以减少水泥用量;宜选用粗中砂并应尽量降低含砂率。
2.2.3掺和料
粉煤灰代替部分水泥可减小水化热及改善拌合物的和易性,并可以降低混凝土早期强度而不影响其后期强度因,而可增强混凝土的抗裂能力。
2.2.4外加剂
掺加膨胀剂可使混凝土产生较大自应力值来补偿混凝土的自收缩减少其温度应力,既可防止裂缝产生也可提高其抗渗能力实现结构自身防水能力;掺加减水剂可减小水灰比,减少水泥用量降低水化热,从而延缓混凝土的初终凝时间,使水泥水化热峰值趋于平缓,避免其内部温差引起温度应力。
2.3施工控制
2.3.1控制入模温度
大体积混凝土入模温度应不超过35 ℃,以实现延缓升温速度、减小其内外温差。一般通过控制原材料温度、运输浇筑过程中的温升和选择浇筑时间等控制入模温度。原材料温度控制主要指降低水温和水泥温度及通过搭设凉棚、通风等措施降低骨料温度;缩短混凝土出机到入模时间及在运输过程中采取隔温隔热措施等来控制运输浇筑过程中的温升;在高温季节宜选择早晚、夜间或阴天浇筑施工。
2.3.2分层浇筑
施工中浇筑层厚度应根据拌和能力、运输能力、浇筑速度及振捣能力确定,在满足条件的前提下应尽量减少一次浇筑厚度,减缓浇筑速率以实现利用浇筑面散热,但应确保在下层混凝土初凝前浇筑上层混凝土。
2.3.3二次振捣
在混凝土初凝前对已浇筑混凝土进行重复振捣和抹面以避免混凝土由于沁水、骨料下沉等产生沉缩裂缝,并可提高其密实度和抗拉强度减小混凝土收缩变形增强抗裂性。
2.3.4水管冷却
在施工过程中易在基础内布设薄壁黑铁管作为冷却水管,浇筑后采取在水管内通水冷却混凝土的方法来增强水化热的散失。
2.4养护控制
混凝土浇筑完毕后养护前应尽力避免阳光暴晒,塑性混凝土应在浇筑完成6 h～18 h内开始洒水养护,低塑性混凝土则应在浇筑完成后立即喷雾养护,并及早洒水养护;养护期间应保证养护工作连续进行,始终保持表面的湿润程度及适宜的温度;一般大体积混凝土养护时间不应小于21 d,应根据混凝土强度和内外温差决定拆模时间并应避免夜间或气温骤降时拆模,若必须在温度骤降期间拆模则必须保证在拆模后采取有效保护措施,并保证拆模后立即进行回填。
3结束语
桥梁基础大体积混凝土裂缝的存在、扩展可缩短混凝土的使用寿命甚至危及结构安全而影响结构的正常使用,由于裂缝产生因素较多,所以对其控制应从设计、材料、施工及养护等环节全方位控制,才能减少裂缝产生增强其使用性能、寿命。
参考文献
1 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997
2 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社,1999
Crack that the Concrete of Large Volume of the
Foundation of the Bridge Constructs is Controlled
Zhao Haiqing
Abstract: Have carried on the origin cause of formation and analysed to the concrete crack of large volume of the foundation of the bridge, have described the crack control measure in terms of design, material, constructing and maintaining, etc..
Key words: bridge; foundation; large volume