浅谈混凝土桥梁裂缝问题
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作者: 王虹斌
[摘要]针对桥梁裂缝的危害,仔细地分析了桥梁混凝土裂缝的成因,提出了桥梁混凝土裂缝的修补措施,以解决桥梁的裂缝问题,从而保证桥梁的正常运营。
[关键词]桥梁 裂缝 成因 修补措施
一、混凝土桥梁裂缝的成因
混凝土桥梁裂缝的成因复杂而繁多,甚至多种因素相互影响,但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。混凝土裂缝的种类就其产生的原因大致分以下几种:
1.荷载引起的裂缝
混凝土桥梁受静、动荷载及次应力产生的裂缝称荷载裂缝,主要有弯曲裂缝、剪切裂缝、扭曲裂缝和局部应力引起的裂缝。荷载裂缝依荷载不同而呈现不同的特点,这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝,往往是结构达到承载力极限的标志,是结构破坏的前兆。根据结构不同的受力方式,产生裂缝特征如下:(1)中心受压。(2)中心受拉。(3)受弯。(4)受剪。(5)受扭。(6)受冲切。(7)局部受压。
2.温度变化引起的裂缝
混凝土有热胀冷缩性质,混凝土受水泥水化放热、阳光照射、大气及周围温度等因素影响而出现冷热变化时,将发生收缩和膨胀产生温度应力,温度应力超过混凝土强度时即产生裂缝。温度裂缝区别于其他裂缝主要在于随温度变化而扩张和合拢。
3.收缩引起的裂缝
(1)塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后4 h-5 h左右,此时水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现砂水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩,此时混凝土强度很小,不能抵抗这种变形应力而导致开裂。
(2)缩水收缩(干缩)。混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此形成表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。
4.原材料质量引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、骨料、水及外加剂组成。混凝土所采用的材料质量不合格,可能导致结构出现裂缝,主要表现在砂石含泥量超标、砂石级配差、骨料中含有泥性硅化物、拌合用水或外加剂中含有氯化物杂质等。
5.施工工艺及施工质量引起的裂缝
(1)混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀或其他荷载裂缝的起源点。(2)混凝土保护层过厚,或乱踩已绑扎的上层钢筋,使承受负弯矩的受力筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。(3)混凝土浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝。(4)混凝土搅拌、运输时间过长,水分蒸发过多,引起混凝土坍落度过低,使得在混凝土上出现不规则的收缩裂缝。(5)用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥用量,或因其他原因加大了水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,使得混凝土出现不规则裂缝。(6)施工质量控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料计量不准,结果造成混凝土强度不足和其他性能(和易性、密实度)下降,导致结构开裂。(7)混凝土分层或分段浇筑时,接头部位处理不好,易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。(8)施工时模板刚度不足,在浇筑混凝土时,由于侧向压力的作用使得模板变形,产生与模板变形一致的裂缝。(9)施工时拆模过早,混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。(10)施工时底模处理不好,在浇筑混凝土后发生不均匀沉降,导致混凝土产生裂缝。
二、混凝土桥梁裂缝的修补措施
1.表面封闭法
此法适用于宽度小于0.2 mm的裂缝。具体方法有:
(1)表面涂抹。通常是在混凝土裂缝表面涂抹树脂保护膜,宽度可能变化发展的裂缝,可采用环氧树脂等材料。在裂缝多且密集的混凝土表面可大面积涂抹保护膜。(2)表面喷浆。喷浆修补是在经凿毛处理的裂缝表面,喷射一层密实而且强度高的水泥砂浆保护层来封闭裂缝的一种修补方法。根据裂缝的部位、性质和修补要求与条件,可采用素喷,锚喷等处理方法。(3)加箍封闭。此法适用于桥梁墩、台或桩基等下部结构出现裂缝且可能导致承载能力下降时。当钢筋混凝土产生主应力裂缝时,可在结构表面包箍钢筋网,然后重新浇筑混凝土。这种方法可以和结构的加固处理同时进行,既封闭了裂缝又提高了结构承载力。
2.灌浆法
此法适用于宽度大于0.2 mm小于1 mm的裂缝。具体步骤如下:
(1)对于较宽裂缝应进行压力灌浆处理。灌浆处理一般采用环氧树脂进行灌浆。(2)对裂缝表面进行处理,沿裂缝用钢钎凿成“V”型槽或“U”型槽,槽宽与槽深可根据裂缝深度和有利于封闭来确定。凿缝时先沿裂缝打开,再向两侧加宽,凿完后用钢丝刷和气泵将混凝土碎屑、粉尘清除干净。(3)埋设灌浆嘴的间距可根据裂缝的深度确定,埋设时先将灌浆嘴用环氧树脂胶泥粘贴在预定的位置上。(4)裂缝封闭后,待密封胶泥达到一定强度后应进行压力试漏,检查密封效果。(5)灌浆机具、器具在灌浆前应进行检查,运行正常方可使用。灌浆结束后立即拆除管道并用丙酮冲洗管道和设备。(6)灌浆结束后用环氧树脂胶泥将灌浆处抹平,最后对每一道裂缝表面刷环氧树脂水泥浆,确保封闭严实,并使其颜色与桥梁混凝土尽量保持一致。
3.粘贴加固法
(1)粘贴钢板。若混凝土表面平整,在混凝土表面及钢板表面各涂上1 mm-2 mm厚的环氧树脂,然后利用已固定在混凝土中的锚杆把钢板压紧在混凝土面上,随着环氧树脂被挤出,粘贴面之间的空气也被排出。用这种方法几乎不会残留气泡,粘结效果也好。若混凝土表面不平整,则可在混凝土表面与钢板之间加垫块等使两者之间保持一定空隙,并用环氧树脂胶泥封闭四周,而后从注入口注入环氧树脂,同时排出空隙中的空气。施工时一定要确保密实。
(2)粘贴碳纤维布。粘贴碳纤维布修补技术是一种新型的技术,它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面,利用其良好的抗拉性能达到修补裂缝,提高结构承载力的目的。这种修补方法基本不增加原结构的自重及尺寸。
参考文献:
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