桥梁结构混凝土施工中裂缝产生的原因及其防治

作者：李抗生

来源：《科技创新导报》 2012年第13期

李抗生

(广东冠粤路桥有限公司养护分公司 广东广州 511450)

摘 要:混凝土是一种非均质脆性材料,它是由砂石骨料、水、水泥以及其他外加材料混合而成的。在实际工程施工中,由于受混凝土施工的影响,以及本身约束和变形等问题,使得水利、土木、隧道、桥梁等工程中常常出现混凝土裂缝的病害。混凝土施工中产生裂缝,影响了工程质量,甚至威胁到了人民的生命财产安全,因此实际工程施工中应该高度重视其产生裂缝的问题。探讨桥梁结构混凝土施工中裂缝产生的原因,讨论防治桥梁结构混凝土施工中产生裂缝的主要技术措施,为今后的桥梁结构混凝土施工质量保证提供参考。

关键词:桥梁结构 混凝土施工 裂缝产生原因 防治 水利 质量控制

中图分类号:TV544 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0126-01

1 桥梁结构混凝土施工中裂缝产生的原因分析

1.1 原材料的影响

混凝土的主要组成是水泥、骨料、砂,再按照一定比例拌和水配合而成。原材料的质量不符合要求,混凝土施工中就会在结构中出现裂缝。如含有的粗细集料量过大的时候,就会使混凝土的收缩增大,使用这种混凝土过后出现裂缝。再比如砂石含量如果超过了规定,则会使混凝土的抗渗性和强度大大降低,并且,当混凝土干燥时出现不规则网状裂缝。另外,如果含有较高的拌和水、外加剂中氯化物、外加剂拌和用水等,就会加大对钢筋的锈蚀影响。拌制混凝土时如果采用了含碱泉水或海水,或者采用了含碱的外加剂,就会影响到碱骨料的反应。同时,水泥等级也会影响到混凝土开裂,水泥细度越细、等级越高、早强越高,其影响越大。

1.2 混凝土化学反应影响

首先,混凝土收缩会产生裂缝,其特点是大部分属表面裂缝,一般情况下裂缝宽度都较细,成龟裂状,且纵横交错,没有任何规律。这种混凝土的自发变形,是没有受到任何外力作用的情况下产生的,当它受到外部如钢筋、支承条件等约束时,在混凝土中产生了拉应力,造成混凝土的开裂。在硬化初期,水化凝固结硬过程中,水泥石产生的体积变化,而后期主要是由于自由水分蒸发而引起的混凝土干缩变化。其次,水泥水化热产生裂缝。在浇筑后的一周左右,水泥水化会放出大量的热。一般情况下,每克水泥放出的热量为500J左右,如果每立方米用水泥量按照350～550kg计算,每立方米混凝土放出的热量大约为17500～27500kJ,这个热量会使混凝土内部温度升高至70°C左右。而在大体积混凝土应用中,这种现象只会更加严重。混凝土外部散热与内部相比较,其条件有所不同,混凝土中心如此高的温度,必然会造成混凝土温度梯度,从而在混凝土内部产生压应力、在混凝土表面产生拉应力,此力作用到一定程度下,就会产生裂缝。

1.3 温度及外部环境的影响

混凝土具有热胀冷缩的性质,当太阳暴晒了主梁、桥面板或桥墩侧面过后,其温度比其他部位要明显高出很多,同时在自身约束作用下,增大了局部的拉应力,导致裂缝产生。混凝土的温度由水泥水化热、浇筑温度、结构散热温度等叠加组成。在较低的外界温度作用下,会使得混凝土内外温度梯度增加。如果外界的温度过快的下降了,又会形成很大的温度应力,很容易产生混凝土裂缝。厚度超过2m的大体积混凝土,浇筑之后的水泥水化热,会极大地升高内部温度,加大了内外温度差,导致表面出现裂缝。安装预制T梁之间的横隔板时,在焊接调平钢板与支座预埋钢板时,如果焊接措施不恰当,会烧伤铁件附件的混凝土,从而产生裂缝。当气温低于零度的时候,吸水饱和的混凝土会出现冰冻,使得游离的水变成了冰,造成体积的膨胀,降低了混凝土的强度,致使裂缝出现。

1.4 施工的影响

在混凝土施工过程中,如果过分振捣,垫层、模板过于干燥,都会使得裂缝的出现。浇捣混凝土过后,如果过分地抹干压光,混凝土的细骨料就会过多地浮到表面,形成一个水泥浆层,它含有大量的水,空气中的二氧化碳与水泥浆中的氢氧化钙作用,生产碳酸钙使得表面收缩,导致龟裂出现。在分段浇筑混凝土的时候,如果没有处理好接头部位,也容易造成裂缝的产生。

2 桥梁结构混凝土施工中裂缝产生的防治措施

2.1 桥梁结构混凝土施工质量控制措施

首先,要选好原材料。原材料中最重要的是水泥,它是直接影响着水化热的多少,在实际工程中应该选用水化热较低的水泥。而细骨料宜采用II区中砂,它可以减少水泥的用量。粗骨料选用粒径5～20mm连续级配石子,这样可以减少混凝土收缩变形。掺合料应用添加粉煤灰技术,这样不仅能够节约水泥,增加混凝土和易性,降低水化热,还能够使得混凝土后期强度得到大幅度提高。其次是采用减水剂,混凝土的收缩应力,用其内部产生的膨胀应力抵消一部分,从而达到提高混凝土抗裂强度的目的。

在桥梁结构混凝土施工中,要做好温控及施工现场控制。根据各种客观条件,采用计算机仿真技术,动态模拟预测混凝土施工期温度场及温差,制定相应的保温养护优化选择。同时,还要规范现场施工,严格按照有关标准进行。以设计合理的结构形式,达到降低水化热、减少工程数量的目的。充分利用混凝土的基坑有限条件,掺加微膨胀剂在混凝土中,使其成一定的预压力,补偿混凝土收缩、内部温度产生的拉应力,有效避免混凝土裂缝产生。边界在受到约束的时候,就会产生温度应力。因此,在设计的时候要采用改善边界约束的构筑设计,如果在较厚的混凝土垫层、约束强的岩石类地基中,可以通过在接触面上设滑动层的方法,来达到减小外约束力的目的。

2.2 桥梁结构混凝土施工中裂缝的修补措施

桥梁结构混凝土施工中如果出现了裂缝,可以采用的修补法有开槽法修补裂缝、低压注浆法修补裂缝、表面覆盖法修补裂缝、结构加固法、混凝土置换法和仿生自愈合法。在实际应用过程中,要根据不同的裂缝,结合实际情况,灵活选用不同的裂缝修补方法。

桥梁结构混凝土施工中裂缝的产生,其原因是多种多样的,有自身原材料造成的,也有外部气温以及施工过程造成的。在桥梁结构混凝土施工中,要全面掌握产生裂缝的原因,结合实际工程情况,制定有效的裂缝产生防治措施,才能保证桥梁结构混凝土施工的质量。在施工过程中,广大施工人员要不断探索、努力思考、创新思维,力争寻求更好的桥梁结构混凝土施工质量控制方法,从根本上改善混凝土施工中普遍存在裂缝的问题。

参考文献

[1]孙兴俊,胡忠军.浅谈桥梁混凝土裂缝产生的原因及修补措施[J].城市建设,2009(34):283～284.

[2]魏景堂.桥梁大体积混凝土裂缝施工控制技术[J].中国新技术新产品,2010(07):427～428.