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如何控制大體積混凝土裂縫

08-22 12:08:43  瀏覽次數:211次  欄目:鐵路工程
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如何控制大體積混凝土裂縫

關鍵詞:橋梁工程 大體積混凝土裂縫原因 控制

    橋梁建設中大體積混凝土應用越來越多,混凝土在現代橋梁工程建設中已經占據了非常重要的地位,不論什么樣的橋梁,大都是采用鋼筋混凝土結構,因為該建筑材料價廉物美,施工方便,承載力大,可裝飾強的特點,日益受到人們的歡迎。在我國不論是鐵路工程、公路工程還是其它工程建設,鋼筋混凝土的應用面可以說是無處不在。但是,在使用混凝土的同時,由于對混凝土的性能了解不深,在工程完畢后的幾天,一個月或者更長一點的時間后,混凝土結構物出現了裂縫或其他不良反應。盡管我們在施工中采取各種措施,小心謹慎,但裂縫仍然時有出現,有些還造成了無法估量的損失。為了降低經濟損失,減少和控制裂縫的的出現,一些搞混凝土技術的研究人員對混凝土構筑物的裂縫形成,進行了大量的研究和技術探討,提出解決混凝土裂縫的辦法和意見,也取得了較大的科研成果。而混凝土結構的破壞和建筑物的倒塌,也都是從結構裂縫的擴展開始而引起的。故在某些施工驗收規范和工程都是不允許混凝土結構出現有明顯的裂縫。從目前的情況看,設計上對混凝土裂縫有一定范圍。從我國的“混凝土結構設計規范《GBJ10——89》”表3·3·4規定看,其裂縫寬度在不同的環境下,不同的混凝土結構物其裂縫的寬度也有所不同的控制標準,允許裂縫寬度為0.2~0.3mm!∶绹鳤Gl 規范規定裂縫為0.108mm;法國 規范規定裂縫為0.27mm;從不同的國家來看,各國的規范對混凝土構筑物的裂縫都有不同的控制范圍和要求,要保證混凝土構筑物不出現裂縫可以說是不可能的。在我國,對在不同環境下混凝土構筑物,在不同的介質情況下,所規定的混凝土裂縫寬度也不同。但是,從近代科學關于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程實踐證明,混凝土結構裂縫是不可避免的,因為使用的混凝土是多種材料組成的一種混合體,且又是一種脆性材料,在受到溫度、壓力和外力的作用下,都有出現裂縫的可能性。
    一 、大體積混凝土裂縫產生的原因

實際上,混凝土結構裂縫的成因復雜而繁多,甚至多種因素相互影響,但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要原因;炷翗蛄毫芽p的種類,就其產生的原因,大致可劃分如下幾種:
    (一)荷載引起的裂縫
  混凝土橋梁在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫,歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。
    (二)收縮引起的裂縫,在實際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和炭化收縮;炷潦湛s裂縫的特點是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細,且縱橫交錯,成龜裂狀,形狀沒有任何規律。

(三)溫度變化引起的裂縫混凝土具有熱脹冷縮性質,當外部環境或結構內部溫度發生變化,混凝土將發生變形,若變形遭到約束,則在結構內將產生應力,當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中,溫度應力可以達到甚至超出活載應力。溫度裂縫區別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有:
    1.日照。橋面板、主梁或橋墩側面受太陽曝曬后,溫度明顯高于其它部位,溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用,導致局部拉應力較大,出現裂縫。日照和下述驟然降溫是導致結構溫度裂縫的最常見原因。
    2.驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導致結構外表面溫度突然下降,但因內部溫度變化相對較慢而產生溫度梯度。日照和驟然降溫內力計算時可采用設計規范或參考實橋資料進行,混凝土彈性模量不考慮折減。
    3.水化熱。出現在施工過程中,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,致使內部溫度很高,內外溫差太大,致使表面出現裂縫。施工中應根據實際情況,盡量選擇水化熱低的水泥品種,限制水泥單位用量,減少骨料入模溫度,降低內外溫差,并緩慢降溫,必要時可采用循環冷卻系統進行內部散熱,或采用薄層連續澆筑以加快散熱。
    4.蒸汽養護或冬季施工時施工措施不當,混凝土驟冷驟熱,內外溫度不均,易出現裂縫。
  (四)施工材料質量引起的裂縫,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量不合格,可能導致結構出現裂縫。

1.水泥安定性不合格,水泥中游離的氧化鈣含量超標。氧化鈣在凝結過程中水化很慢,在水泥混凝土凝結后仍然繼續起水化作用,可破壞已硬化的水泥石,使混凝土抗拉強度下降。水泥出廠時強度不足,水泥受潮或過期,可能使混凝土強度不足,從而導致混凝土開裂。當水泥含堿量較高(例如超過0.6%),同時又使用含有堿活性的骨料,可能導致堿骨料反應。
    2.砂、石骨料,砂石的粒徑、級配、雜質含量。砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強度,使混凝土收縮加大,如果使用超出規定的特細砂,后果更嚴重。砂石中云母的含量較高,將削弱水泥與骨料的粘結力,降低混凝土強度。砂石中含泥量高,不僅將造成水泥和拌和水用量加大,而且還降低混凝土強度和抗凍性、抗滲性。砂石中有機質和輕物質過多,將延緩水泥的硬化過程,降低混凝土強度,特別是早期強度。砂石中硫化物可與水泥中的鋁酸三鈣發生化學反應,體積膨脹2.5倍。
    3.拌和水及外加劑,拌和水或外加劑中氯化物等雜質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,可能對堿骨料反應有影響。

(五)施工工藝質量引起的裂縫

在混凝土結構澆筑、構件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理、施工質量低劣,容易產生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫,特別是細長薄壁結構更容易出現。裂縫出現的部位和走向、裂縫寬度因產生的原因而異,比較典型常見的有:
    1.混凝土保護層過厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,使承受負彎矩的受力筋保護層加厚,導致構件的有效高度減小,形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。
    2.混凝土振搗不密實、不均勻,出現蜂窩、麻面、空洞,導致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點。
    3.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,容易在澆筑數小時后發生裂縫,既塑性收縮裂縫。
    4.混凝土攪拌、運輸時間過長,使水分蒸發過多,引起混凝土塌落度過低,使得在混凝土體積上出現不規則的收縮裂縫。
    5.混凝土初期養護時急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現不規則的收縮裂縫。
    6.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,或因其它原因加大了水灰比,導致混凝土凝結硬化時收縮量增加,使得混凝土體積上出現不規則裂縫。
    7.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裂縫。如混凝土分層澆筑時,后澆混凝土因停電、下雨等原因未能在前澆混凝土初凝前澆筑,引起層面之間的水平裂縫;采用分段現澆時,先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結力小,或后澆混凝土養護不到位,導致混凝土收縮而引起裂縫。

8.混凝土早期受凍,使構件表面出現裂紋,或局部剝落,或脫模后出現空鼓現象。

9.施工時模板剛度不足,在澆筑混凝土時,由于側向壓力的作用使得模板變形,產生與模板變形一致的裂縫。
    10.施工時拆模過早,混凝土強度不足,使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫。
    11.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,導致混凝土出現裂縫。
    12.裝配式結構,在構件運輸、堆放時,支承墊木不在一條垂直線上,或懸臂過長,或運輸過程中劇烈顛撞;吊裝時吊點位置不當,T梁等側向剛度較小的構件,側向無可靠的加固措施等,均可能產生裂縫。

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