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橋梁施工中容易出現(xiàn)裂縫的因素分析
摘要:在橋梁施工過程中,很容易出現(xiàn)裂縫,只要有效地控制好材料質(zhì)量、施工工藝以及現(xiàn)場的施工管理,了解現(xiàn)場條件、材料特點、氣溫等多種因素,掌握出現(xiàn)裂縫的原因,才能在施工中采取合理的措施,有效地控制裂縫的產(chǎn)生,確保工程質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:橋梁;裂縫;施工;控制
在橋梁施工過程中,混凝土結(jié)構(gòu)裂縫就其產(chǎn)生的主要原因,大致可劃分如下幾種:
一、荷載引起的裂縫
荷載裂縫產(chǎn)生的原因在于施工過程中,不加限制地堆放施工機(jī)具、材料;不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)受力特點,隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝;不按設(shè)計圖紙施工,擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序,改變結(jié)構(gòu)受力模式;不對結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動下的疲勞強(qiáng)度驗算等。
二、溫度變化引起的裂縫
混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì),當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化,混凝土將發(fā)生變形,若變形遭到約束,則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中,溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出荷載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別其他裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。引起溫度變化主要施工因素有:
第一,水化熱。出現(xiàn)在施工過程中,大體積混凝土(厚度超過2.0米)澆筑之后由于水泥水化放熱,致使內(nèi)部溫度很高,內(nèi)外溫差太大,致使表面出現(xiàn)裂縫。第二,蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時施工措施不當(dāng),混凝土驟冷驟熱,內(nèi)外溫度不均,易出現(xiàn)裂縫。第三,預(yù)制梁時橫隔板安裝,支座預(yù)埋鋼板與調(diào)平鋼板焊接時,若焊接措施不當(dāng),鐵件附近混凝土容易燒傷開裂。采用電熱法張拉預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時,預(yù)應(yīng)力鋼材溫度可升高至很高,混凝土構(gòu)件也容易開裂。
三、凍脹引起的裂縫
大氣氣溫低于零度時,吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍,游離的水轉(zhuǎn)變成冰,體積膨脹9%,因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力;同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓,使混凝土中膨脹力加大,混凝土強(qiáng)度降低,并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)重,成齡后混凝土強(qiáng)度損失可達(dá)30%-50%.冬季施工時對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。
溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。當(dāng)混凝土中骨料空隙多、吸水性強(qiáng);骨料中含泥土等雜質(zhì)過多;混凝土水灰比偏大、振搗不密實;養(yǎng)護(hù)不力使混凝土早期受凍等,均可能導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。冬季施工時,采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法養(yǎng)護(hù)以及在混凝土拌和水中摻入防凍劑(但氯鹽不宜使用),可保證混凝土在低溫或負(fù)溫條件下硬化。
四、施工材料質(zhì)量引起的裂縫
混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。
砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強(qiáng)度,使混凝土收縮加大,如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂,后果更嚴(yán)重。砂石中云母的含量較高,將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力,降低混凝土強(qiáng)度。砂石中含泥量高,不僅將造成水泥和拌和水用量加大,而且還會降低混凝土強(qiáng)度和抗凍性、抗?jié)B性。砂石中有機(jī)質(zhì)和輕物質(zhì)過多,將延緩水泥的硬化過程,降低混凝土強(qiáng)度,特別是早期強(qiáng)度。砂石中硫化物可與水泥中的鋁酸三鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),體積膨脹2.5倍。
拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土,或采用含堿的外加劑,可能對堿骨料反應(yīng)有影響。
五、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫
在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣,容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫,特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異,比較典型常見的有:
第一,混凝土保護(hù)層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚,導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。第二,混凝土振搗不密實、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞,導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其他荷載裂縫的起源點。第三,混凝土澆筑過快,混凝土流動性較低,在硬化前因混凝土沉實不足,硬化后沉實過大,容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫,即塑性收縮裂縫。第四,混凝土攪拌、運(yùn)輸時間過長,使水分蒸發(fā)過多,引起混凝土坍落度過低,使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。第五,混凝土初期養(yǎng)護(hù)時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。第六,用泵送混凝土施工時,為保證混凝土的流動性,增加水和水泥用量,或因其他原因加大了水灰比,導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加,使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。第七,混凝土分層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。第八,施工時模板剛度不足,在澆筑混凝土?xí)r,由于側(cè)向壓力的作用使得模板變形,產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。第九,施工時拆模過早,混凝土強(qiáng)度不足,使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。第十,施工前對支架壓實不足或支架剛度不足,澆筑混凝土后支架不均勻下沉,導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。第十一,裝配式結(jié)構(gòu),在構(gòu)件運(yùn)輸、堆放時,支承墊木不在一條垂直線上,或懸臂過長,或運(yùn)輸過程中劇烈顛撞;吊裝時吊點位置不當(dāng),T梁等側(cè)向剛度較小的構(gòu)件,側(cè)向無可靠的加固措施等,均可能產(chǎn)生裂縫。第十二,安裝順序不正確,對產(chǎn)生的后果認(rèn)識不足,導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。
六、總結(jié)
在橋梁施工過程中,出現(xiàn)裂縫的原因是多種多樣的。只有掌握出現(xiàn)裂縫的原因,才能在施工中采取合理的措施,嚴(yán)格控制好材料質(zhì)量,采取合理的施工工藝,加強(qiáng)現(xiàn)場的施工管理,根據(jù)現(xiàn)場條件、材料特點、氣溫等多種因素,采取合理的措施,就能有效地控制裂縫的產(chǎn)生,確保工程質(zhì)量。
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