桥梁混凝土裂缝分析与控制技术

摘要:砼作为最常用的桥梁结构材料,使用广泛,但国内外许多砼桥梁却不同程度出现裂缝,影响桥梁质量和寿命,笔者结合多年工作经验,对裂缝的种类以及产生原因进行分析,并提出控制桥梁混凝土裂缝的施工技术。

关键词:桥梁 混凝土 裂缝 控制 技术

一、混凝土裂缝的种类及成因

1、由于荷载作用而引起的裂缝

在荷载作用下,有一维的拉应力作用在钢筋混凝土结构中承受拉力或者弯矩力的构建的横截面上,有二维和三维主拉应力作用在钢筋混凝土结构中承受剪力和扭矩的构建上。因而,垂直于主拉应力方向的裂缝极有可能出现在这些构件上。通常,在构建的宽度方向上,裂缝会贯通于全截面。举例以说明,对于截面较大的拉杆,通常会出现一些较宽的贯通于全截面的裂缝,此外还会伴有短而窄的裂缝于钢筋位置;对于截面高度较大的梁,在钢筋位置处的裂缝通常会比较窄,在距离钢筋较远的腹部往往会出现比在钢筋位置处更宽的裂缝;对于梁端,往往会产生梭形的斜裂缝,也就是说,在截面高度中间部分的裂缝最宽,向上下两端逐渐减窄。

2、由于温度的变化而引起的裂缝

随着温度的变化,裂缝或者扩张或者合拢是温度裂缝与其他裂缝相比的最大特征。温差、骤然降温、混凝土水化热等等是导致温度发生变化的主要因素,在混凝土结构的周围结构的约束下,如果环境的温度发生变化会导致附加应力在构件内部产生,或者使构件内部重新对内力进行分部,使新的温度裂缝产生。

3、由于收缩变化而引起的裂缝

这种裂缝是在桥梁混凝土施工中最常见的裂缝。这种裂缝产生的主要原因是混凝土体积会在塑性收缩和缩水收缩过程中而发生变形,从而导致裂缝产生。此外,自生收缩和炭化收缩也是导致收缩裂缝产生的主要原因。所谓自生收缩是由混凝土在硬化的过程中会发生水化反应,从而引起的收缩;炭化收缩,指的是二氧化碳与水化物发生化学反应而引起的收缩。

4、由于基础变形而引起的裂缝

构件内部的附加应力会由于桥梁工程建设中的基础竖向不均匀沉降以及横向水平位移差而产生,混凝土结构的抗拉强度不再能负荷应力时便会有裂缝产生。缺乏精度的地质勘察、缺乏准确性的试验检测资料、缺乏一致荷载的构件、有重大的改变发生在桥梁建成首的原有地基条件上等等,都会导致不均匀的沉降发生在桥梁基础上。

二、桥梁混凝土裂缝的控制施工技术

1、工程设计方面

设计过程中根据混凝土构件的受力特点进行配筋计算、选择构件的结构形式等,防止设计缺陷造成荷载裂缝;设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中,如因结构或造型方面原因等而不得已时,应充分考虑采用加强措施。降低结构约束,做好抗与放的良好结合,包括设置后浇带、施工缝及滑动层;合理确定混凝土的强度等级,适当地加强构造配筋,提高配筋率以及确定裂缝控制宽度等。

2、施工控制工艺

2.1、表面修补法

表面修补法是一种简单、常见的修补方法,它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及浅层裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹环氧水泥胶泥或在混凝土表面涂刷水泥漆等防腐材料,在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,通常可以采用在裂缝的表面粘贴碳纤维布等措施。

2.2、灌浆、嵌缝封堵法

灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补,它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中,胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法,它通常是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等;常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

2.3、结构加固法

当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的方法主要有:加大混凝土结构的截面面积,在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固等方法。

2.4、混凝土置换法

混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有:普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

2.5、仿生自愈合法

仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法,它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质,而使创伤部位得到愈合的机能,在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分(如含粘结剂的液芯纤维或胶囊),在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统,当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。

3、原材料控制方面

根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级,尽量避免采用早强高的水泥;选用级配优良的砂、石原材料,含泥量应符合规范要求;积极采用掺合料和混凝土外加剂,掺合料和外加剂目前已作为混凝土的第五、六大组分,可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用;另外做好设备及计量装置的检验。

三、结语

由于诸多原因,砼裂缝在桥梁结构中还不同程度存在,但只要通过从设计、施工过程以及原材料三方面加强控制,砼裂缝是可控和可防的。但砼作为一种最常用的建筑体,一些微裂仅在结构物表面极浅层存在,不会向深层发展,不需刻意控制,以免加大工程成本,需要加强的是对于结构有后期质量隐患的裂缝控制,以保证桥梁结构长期安全、稳定地工作。

参考文献:

[1] 陈志:桥梁混凝土裂缝的主要成因及控制研究 [J] 中国西部科技,2009,(12)

[2] 郑国栋:桥梁裂缝的成因和控制研究现状及发展综述 [J] 中国水运(理论版), 2007,(05)