混凝土桥梁施工裂缝成因分析及预防措施

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  摘要:混凝土裂缝是桥梁施工以及后期养护中常见的问题,本文拟据笔者多年的施工经验谈谈裂缝产生的原因,以及有效的预防和控制措施,最大力度的预防和控制裂缝,保障民生安全。
  关键词:桥梁裂缝种类;形成原因;预防措施;裂缝处理
  一、钢筋混凝土裂缝的原因分析
  钢筋混凝土裂缝形成的原因较多,也比较复杂。常规裂缝机理有:干缩裂缝、地基下沉裂缝、应力集中裂缝、荷载引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝等。造成裂缝的因素有时不是单一原因造成的,现结合多年的施工质量管理经验,主要从以下几方面分析裂缝形成的原因。
  1、混凝土原材料方面:
  (1)水泥凝结时间或膨胀不正常,如水泥安定性不稳定,水泥中含有生石灰或氧化镁,这些成分和水化合后产生体积膨胀,导致混凝土产生裂缝。
  (2)骨料中含泥量过大,则随着混凝土的干燥,会导致不规则的网状裂缝。
  (3)碱—骨料反应:玄武岩、辉绿岩等碱性骨料可能与碱性很强的水泥起化学反应,生成有膨胀能力的碱—硅凝胶而引起混凝土膨胀破坏,产生裂缝。
  (4)水泥水化热,大体积混凝土浇筑后1~2周出现等距离规则的直线裂缝,有表面的也有贯通的。
  (5)混凝土的硬化、干缩、浇筑两三个月逐渐出现及发展,在窗口及梁柱端角出现斜裂纹,在细长梁、楼板、墙等处出现等距离垂直裂纹。
  (6)接槎处理不好,从混凝土内部裂缝,潮湿地方比较多。
  2、施工质量方面
  (1)混凝土施工过分振捣,模板干燥。混凝土振捣后,粗骨料下沉挤出水分和空气,造成表面砂浆层,它比下面混凝土有较大的干缩性,待水分蒸发后,易形成凝缩裂缝。
  (2)混凝土振捣后过分抹平压光会使混凝土的细骨料过多的浮到表面,形成含水量很大的水泥砂浆层,水泥浆中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙,引起混凝土表面碳化收缩。
  (3)由于施工工艺不当引起,致使支座处负弯矩筋下陷,造成保护层过大。固定支座变成塑性铰支座,使板上部沿梁支座处产生裂缝。施工中混凝土强度未达到规定强度,过早拆模,或者在混凝土未达到终凝前就上荷载,造成混凝土表面的弹性变形及支座处的负弯矩,致使混凝土在强度低或无强度时,承受弯、拉、压应力,导致楼板产生内伤或断裂。
  (4)后浇带施工不慎造成露面裂缝。为了解决混凝土收缩变形或温度应力,规范要求采用后浇带施工法,有些后浇带施工不能完全按规范要求施工,如板的后浇带未独立设置支撑系统,大梁两边的楼板不均匀沉降都可能造成楼板的裂缝。
  (5)露面垫层内铺设的安装水管、电线套管铺设不当,如水管、电线套管铺设不够牢靠、集中铺设、上下交叠铺设致使水管、电线套管上皮在垫层厚度1/3以内,保护层不足都可能造成板面沿管线长度方向产生裂缝。
  (6)目前在主体结构的施工过程中,普遍存在着质量与工期的较大矛盾。一般主体结构的楼层施工速度平均5-7天左右一层,最快甚至不足5天一层。因此当楼层混凝土浇筑完毕不足24小时的养护时间,就忙着进行钢筋绑扎、材料吊运等施工活动,这就给大开间部位的房间楼板容易产生裂缝。
  二、预防混凝土桥梁产生裂缝的措施
  1、控制好混凝土原材料的质量和混凝土配合比的选择水泥。
  1)选择合适的原材料,如选择中低热水泥、缓凝型减水剂、掺用纤维、采用低热高性能混凝土。水泥应符合现行国家标准。选用水泥时,应以能使所配制的混凝土强度达到要求、收缩性小、和易性好和节约水泥为原则。同时应注意其特性对混凝土结构强度、耐久性和使用条件是否有不利影响;对于砂石材料应控制其级配、含泥量、针片状含量、压碎值指标、有害物质含量在规范允许范围。
  2)有针对性地进行混凝土配合比设计,如减少混凝土单位水泥用量、适当增加粉煤灰或磨细矿渣的掺量、适当掺加高效缓凝减水剂,可以有效降低混凝土的总水化热和热化热释放的峰值,从而减小混凝土因水化热导致几外温差过大而产生的裂缝;在满足施工要求的情况下,尽可能降低混凝土的坍落度,减少胶凝材料总量,以减少混凝土的干缩裂缝。在配制混凝土配合比时应考虑施工季节、结构形状、模板形式、混凝土强度等级等因素对桥梁结构抗裂性能的影响。在施工中,大多施工单位往往只注重混凝土强度而忽视其变形特性和工作性,而混凝土变形特性和工作性恰好是混凝土产生裂缝的主要原因所在。
  2、加强夏季高温和冬季低温时混凝土桥梁结构施工的保护措施。
  桥梁在夏季和冬季施工中最容易出现裂缝问题,因此要积极巡查,发现小的裂缝及时处理,不留隐患;另外在夏季和冬季施工过程中也要研究制定妥善方案,确保工程的顺利施工。
  低温情况下,在大平面混凝土施工时,有时晚上浇注的混凝土,到了早上混凝土表面会出现与钢筋网片相呼应的裂缝,缝间砼面下陷。一般情况下,混凝土入模温度越高,外界温度越低就越明显,但是浇注的时候又不能覆盖。此问题可以在浇注完后先刮平,等略有强度时用抹子压实后就迅速通蒸汽,一般温度不超过零下20度时一天后就可以不用蒸汽而直接表面覆盖保养,不会出问题。
  3、施工过程中的控制措施
  混凝土施工中采取相应的措施,如降低混凝土的浇筑温度,无筋或少筋混凝土中埋放块石、混凝土早期升温阶段采取散热降温措施、混凝土降温阶段采取保温措施、合理设置施工缝、采取二次抹面、加强混凝土养护等措施;进行混凝土温度应力计算,对薄弱部位采取加强措施。
  4、混凝土原材料方面
  (1)尽量不使用或少使用高早强水泥,不使用民办小厂生产的水泥,水泥投入使用前认真对水泥标号及安定性进行实验。对于大体积混凝土应采用水化热的矿渣水泥、粉煤灰水泥,以降低水化热。
  (2)采取严把原材料进货关、认真地对进场砂石骨料进行检验,严格控制砂的粒径及含泥量。   (3)严格控制混凝土施工的水灰比。严格控制水和水泥用量,选择级配良好的石子,减小孔隙率和砂率以减少收缩量,提高混凝土的抗裂强度。
  (4)采用外加剂和掺合料:混凝土中掺有减水、塑化、引气、缓凝作用的外加剂,不仅可以改善混凝土拌合物的工作性能,由于水灰比的降低,对提高泵送混凝土强度,减少混凝土收缩、裂缝都有积极作用。
  5、施工质量
  (1)对不同的混凝土构件,应有针对性的采用相应的浇筑工艺;浇筑大体积混凝土首先应制定详细的浇筑施工方案,采取切实可行的措施;对大面积楼板混凝土浇筑应事先进行合理的分缝分块,安排合理的浇筑顺序,减少施工冷缝。
  (2)混凝土楼板浇筑完毕后,混凝土终凝前分两次抹压,第一遍普通搓毛抹压,第二遍时应重点对出现裂缝的部分进行拍打,使其二次液化,弥合裂缝,达到消除收缩裂缝和沉降裂缝的目的。
  (3)严格控制板面负筋的保护层厚度:现浇板负筋一般放置在支座梁钢筋上面,与梁筋应绑扎在一起;其下面应按适当间距用钢筋马凳撑起,并用钢丝固定或混凝土垫块等措施固定负筋的位置,保证在施工过程中板面钢筋不再下沉。
  (4)后浇带的施工应认真领会设计意图,制定施工方案,杜绝在后浇处出现混凝土不密实、不按图纸要求留企口缝,以及施工中钢筋被踩弯等现象。同时更要杜绝在未浇筑混凝土前就将部分模板,支柱拆除而导致梁板形成悬臂,造成变形。
  (5)预埋线管处的裂缝防治:线管在敷设时尽量避免立体交叉穿越,交叉布线处可采用线盒,原则上不允许线管三只交叠,保证线管在混凝土的中间位置。线管尽量顺着受力钢筋的方向布置。同时在多根线管的集散处宜采用放射性分布,尽量避免紧密平行排列,以确保线管底部的混凝土浇筑顺利和振捣密实。
  (6)材料吊卸区域的露面裂缝防治:严格施工操作程序,不盲目赶工,杜绝过早上荷载和过早拆模。主体结构的施工速度不能强求过快,楼层混凝土浇筑完后的必要养护必须获得保证。主体结构阶段的楼层施工速度宜控制在8-9天一层为宜,以确保楼面混凝土获得最起码的养护时间。科学安排楼层施工作业时间,在楼层混凝土浇筑完毕的24小时以前,可限于做测量、定位、弹线等准备工作,避免冲击振动。24小时以后,多层绑扎构造柱钢筋,高层可先吊运少量暗柱和剪力墙钢筋进行绑扎活动,做到轻卸轻放,以控制和减小冲击动力。
  三、混凝土桥梁裂缝的修补
  混凝土裂缝是最常见的工程病害,但大部分裂缝都可以通过修补使混凝土结构物恢复原有功能。常见的修补方法有:表面涂抹水泥砂浆法、表面涂抹环氧胶泥法、表面凿槽嵌补法、表面贴条法、压力注浆法、开槽填补法等。随着技术的发展,出现了许多的新的修补材料,如混凝土修补胶、注缝胶、混凝土快速修补剂等,使裂缝修补的效果更好,工艺更简单,费用更省。这些新材料、新机具和修补方法经过近十来年的现场考验,证明耐久性令人满意,目前这几种方法已经在许多维修改建加固项目中得到推广应用。
  修补混凝土裂缝的工序如下:裂缝清理→粘贴注浆咀和封闭裂缝→试漏→配制注浆液→压力注浆→二次注浆→清理表面。
  1)裂缝清理:缝中如被泥土粉尘堵塞,可用小型工业吸尘器吸出。沿裂缝两边约5cm的混凝土表面要用湿布擦去尘土,但要注意缝中不得进水。
  2)粘贴注浆咀和封闭裂缝:注浆咀宜用粘咀用浆骑缝粘贴,注浆咀的间距与裂缝宽度有关,其间距参考表2。当裂缝数量较多时,具体作法如下。首先,在预计要贴咀的裂缝位置贴上医用白胶布,再用窄毛制将封缝用浆沿裂缝来回涂刷,使裂缝封闭。大约10分钟后,揭去胶布条,露出小缝。然后,用粘咀用浆将注浆咀在预留的小缝处骑缝粘上,整个底座都要用粘咀用浆包严,固化后周边可能有裂口,必须反复用封缝用浆补上,以免注浆时漏浆。
  3)试漏:试漏要逐条裂缝进行。每条连通的裂缝,先将注浆咀用铝铆钉堵上,留一个咀用补缝器压气,在封闭的裂缝上涂肥皂水进行试漏。对于有经验的操作者,也可不必试漏。
  4)配制注浆液:注浆操作一般在粘咀的第二天进行,气温在30℃以上时,半天时间就可注浆。注浆前先配注浆液,在塑料杯中分别倒入注缝胶甲液和乙液,按重量比甲液:乙液=2:1混合均匀备用。
  5)注浆:用补缝器吸取注浆液,插入注浆咀,用手推动补缝器活塞,使浆液通过注浆咀压入裂缝,当相邻的咀中流出浆液时,就可以拔出补缝器,堵上铝铆钉,将补缝器移到相邻注浆咀重复注浆。垂直缝,一般由下往上注浆,水平缝,从一端向另一端逐个注浆。如果裂缝较细时,可以使用补缝器上的弹力装置对注浆液自动加压,此时,一个人可以同时照看若干个补缝器。
  6)二次注浆:为了保证浆液充满,在注浆后约半小时,可以对每个注浆咀再次补浆。
  7)检查:注缝胶的强度发展与环境温度有很大关系,一般情况(20~25℃)1天后开始固化,1个月后达到要求强度。检查注缝质量可以用小型空心钻机,跨缝钻取芯样,进行检查。
  四、结语
  综上所述,混凝土桥梁出现裂缝是难以避免却又有措施可以预防的,因此,一定要加大施工监管力度严格执行国家规定的相关技术标准,确保工程项目的顺利安全完工,并在施工过程中不断加强监督检查,有效预防并从源头控制裂缝产生,发现问题及时研究并处理,保障国计民生的利益。
  参考文献:
  [1]公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000).北京:人民交通出版社,2000
  [2]公路施工手册-桥涵.北京:人民交通出版社,1999
  [3]JTG E30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程.北京:人民交通出版社,2005.
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