淺談橋梁大體積混凝土裂縫形成原因及防治措施

九正建材網(wǎng) · 2013-03-28 00:00 留言

  摘 要: 近年來,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、橋梁工程技術(shù)的突飛猛進(jìn), 大體積混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用越來越廣泛。對(duì)混凝土裂縫形成原因進(jìn)行了具體的分析,闡述了在大體積混凝土中避免產(chǎn)生裂縫的措施和方法, 指出通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施, 采取有效的施工工藝,來預(yù)防及控制橋梁大體積混凝土裂縫的形成及發(fā)展。

  關(guān)鍵詞: 橋梁施工;大體積混凝土;裂縫;施工質(zhì)量

  1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

  1.1 水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力和溫度變形

  水泥在水化過程中產(chǎn)生了大量的熱量, 因而使混凝土內(nèi)部溫度升高,當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面溫差過大時(shí),就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫差越大,溫度應(yīng)力越大,當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外約束力時(shí),混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。混凝土內(nèi)部溫度和水泥用量有關(guān),同時(shí)與混凝土厚度有關(guān),水泥量越大,混凝土越厚,內(nèi)部溫度就會(huì)越高。所以防止裂縫關(guān)鍵是控制表面與內(nèi)部的溫度差。

  1.2 外界氣溫變化的影響

  大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工階段,外界氣溫的變化對(duì)裂縫的產(chǎn)生有著很大的關(guān)系?;炷羶?nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。外界氣溫愈高,混凝土的澆筑溫度也就會(huì)愈高;如果外界溫度下降,特別是氣溫下降很快,會(huì)大大增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度,造成很大的溫度應(yīng)力,很容易使混凝土開裂。

  1.3 混凝土收縮變形的影響

  混凝土中的80%水分要蒸發(fā),約20%的水分是水泥硬化所需要的,最初的30%的自由水分幾乎引起收縮,隨著混凝土在空氣中陸續(xù)干燥而使水分逸出,混凝土就會(huì)出現(xiàn)干燥收縮的現(xiàn)象?;炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下的這種自發(fā)變形受到外部約束時(shí)(支承條件、鋼筋等),將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力,使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮3種。在硬化初期主要是水泥水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化,后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。

  1.4 內(nèi)外約束條件的影響

  混凝土在早期溫度上升時(shí),產(chǎn)生膨脹受到約束而形成壓應(yīng)力,溫度下降時(shí)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,如果拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度,就會(huì)產(chǎn)生垂直裂縫?;炷羶?nèi)部由于水泥水化熱的原因,形成力中心溫度高,熱膨脹大,因而在其中部產(chǎn)生壓應(yīng)力,在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。

  1.5 由于施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

  1)混凝土振搗不密實(shí)、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面,導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其他荷載是引起裂縫的原因。

  2)混凝土澆筑過快,混凝土流動(dòng)性較低,在硬化前因混凝土沉實(shí)不足,硬化后沉實(shí)過大,容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫,即塑性收縮裂縫。

  3)混凝土保護(hù)層過厚,已綁扎的上層鋼筋不符合要求,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。

  4)用泵送混凝土施工時(shí),為保證混凝土的流動(dòng)性,增加水和水泥用量,或者因?yàn)槠渌蚣哟罅怂冶?,?dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時(shí)收縮量增加,使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

  5)混凝土早期受凍,使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋,或局部剝落,或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。

  6)施工時(shí)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。

  7)施工時(shí)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。

  2 大體積混凝土施工質(zhì)量控制措施

  2.1 優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)

  1)大體積混凝土因水泥水化熱的大量積聚,容易使混凝土內(nèi)外形成較大的溫差,而產(chǎn)生溫度應(yīng)力,因此原材料的選用很重要。a.水泥:由于水泥的用量直接影響著水化熱的多少及混凝土溫升,大體積混凝土應(yīng)選用水化熱較低的水泥,如低熱礦渣硅酸鹽水泥等,以降低水泥水化所產(chǎn)生的熱量,盡可能減少水泥用量;b. 細(xì)骨料:宜采用中砂,因?yàn)槭褂弥猩翱蓽p少水及水泥的用量;c.粗骨料:在可泵送情況下,選用粒徑5mm~20mm連續(xù)級(jí)配石子,以減少混凝土收縮變形;d.含泥量: 在大體積混凝土中,粗細(xì)骨料的含泥量是要害問題,若骨料中含泥量偏多,不僅增加了混凝土的收縮變形,又嚴(yán)重降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度,對(duì)抗裂的危害性很大。因此,骨料必須現(xiàn)場(chǎng)取樣實(shí)測(cè),石子的含泥量控制在1%以內(nèi),砂的含泥量控制在2% 以內(nèi);e.摻合料:根據(jù)實(shí)際情況選擇添加粉煤灰技術(shù)。在混凝土中摻用的粉煤灰不僅能夠節(jié)約水泥,降低水化熱,增加混凝土和易性,而且能夠大幅度提高混凝土后期強(qiáng)度;f.選用合適的緩凝、減水等外加劑。采用減水劑,以改善混凝土的性能,加入外加劑后,可延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間。

  2)對(duì)原材料(鋼筋、水泥、砂、碎石、水等)都應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的抽樣檢驗(yàn)。對(duì)混凝土配合比應(yīng)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),在高溫下或雨后施工對(duì)砂、碎石應(yīng)進(jìn)行含水量實(shí)驗(yàn), 及時(shí)調(diào)整施工配合比,確?;炷恋氖┕べ|(zhì)量。

  2.2 溫度控制措施以及施工的現(xiàn)場(chǎng)控制

  1)混凝土澆筑方案。根據(jù)實(shí)際情況采用分層澆筑混凝土,利用澆筑面散熱,以大大減少施工中出現(xiàn)裂縫的可能性,采用延緩溫差梯度與降溫梯度的措施,在澆筑前經(jīng)詳細(xì)計(jì)算安排分塊、分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長(zhǎng)度及前后澆筑的搭接時(shí)間;控制混凝土入模溫度并加強(qiáng)振搗,嚴(yán)格控制振搗時(shí)間,移動(dòng)距離和插入深度,保證振搗密實(shí),嚴(yán)防漏振及過振,確保混凝土均勻密實(shí),控制好混凝土的坍落度。

  2)溫度應(yīng)力檢測(cè)。為反映溫控效果可在少數(shù)混凝土層中埋設(shè)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行溫度應(yīng)力檢測(cè),應(yīng)變計(jì)沿水平方向布置,檢測(cè)水平向應(yīng)力分量。

  3)澆筑過程布置冷卻水管。采用鋼管在一些混凝土澆筑分層中布設(shè)冷卻水管, 冷卻水管使用前進(jìn)行試水,防止管道漏水、阻塞,根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè),控制冷卻水管進(jìn)水流量及溫度。

  2.3 非結(jié)構(gòu)性裂縫防止措施

  防止塑性沉降裂縫的措施有基礎(chǔ)處理、支架搭設(shè)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)、嚴(yán)格施工, 必須對(duì)支架進(jìn)行全面積預(yù)壓以消除非彈性變形的影響;混凝土中加減水劑減少混凝土泌水,確?;炷帘Wo(hù)層厚度,混凝土施工時(shí)要進(jìn)行二次抹面。防止塑性收縮裂縫的措施有加強(qiáng)早期混凝土養(yǎng)護(hù)以降低混凝土中水分蒸發(fā)速率。方法是結(jié)構(gòu)外露面覆蓋麻袋等澆水濕治養(yǎng)護(hù)。防止溫差裂縫的措施有合理安排混凝土澆筑順序及澆筑速度,在混凝土澆筑的過程中消除部分溫差。夏季施工時(shí)骨料要灑水降溫, 冬季施工時(shí)混凝土表面應(yīng)覆蓋保溫。

  2.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)措施

  養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工的一項(xiàng)十分關(guān)鍵的工作,養(yǎng)護(hù)主要是保持適宜的溫度和濕度,以便控制混凝土的內(nèi)外溫差,促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的正常增長(zhǎng)以及防止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。根據(jù)工程的實(shí)際情況,應(yīng)盡可能多養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間,拆模后應(yīng)立即回填或覆蓋保護(hù),同時(shí)預(yù)防冷氣候影響,以控制混凝土內(nèi)外溫差,防止早期和中期裂縫?;炷恋酿B(yǎng)護(hù),不僅要滿足強(qiáng)度增長(zhǎng)需要,還應(yīng)通過人工控制,防止因溫度變形引起混凝土開裂。


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