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橋(qiáo)梁(liáng)結(jié)構混凝土裂縫的(de)成因(yīn)分析及常規處理方法
更新時間:2021-04-10 17:51
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  混凝土本來就是帶裂縫工作,又由於處於交通流量大,重載車輛多的(de)橋梁(liáng)結構中,在荷載反複(fù)作用,氣溫、幹濕度的反(fǎn)複變化下(xià),就會使產生的裂(liè)縫擴展、加(jiā)寬、密度增加,因此,研究橋梁結構混凝土(tǔ)裂縫的成因(yīn)和掌握常(cháng)規(guī)的處(chù)理方法,對(duì)橋梁的施工和養護(hù)來說有著十分的必要性。
 1.橋梁結構混凝土裂縫成因分析
  裂縫是混凝土(tǔ)結構最常見的病(bìng)害,公路工程也(yě)是如此。混凝土(tǔ)結構裂縫的成因複雜、繁(fán)多,有時多種因素互相影(yǐng)響(xiǎng),但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主(zhǔ)要因素。混(hún)凝土橋梁裂(liè)縫的種類,就其產生的原因,大致可劃分如下(xià)幾種:
  (1)荷載引起的裂縫:混(hún)凝土橋梁在靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫,主要有直接裂縫、次應力裂縫兩種。直(zhí)接應力裂縫(féng)是指外荷載(zǎi)引起的直接應力產生的裂(liè)縫;次應(yīng)力裂縫(féng)是指由外荷載引起的(de)次生應(yīng)力產生裂縫。
  (2)是溫度變化引起的裂縫:橋(qiáo)梁上能夠觀察到的(de)嚴重裂縫損害,很多都是由於溫度引起的內應力和約束(shù)應力所造成的。溫度裂縫是粗裂縫產生的重要原因(yīn),一般(bān)出現在配筋薄弱之處。由溫度引起的內應力及(jí)約束(shù)應力的大小(xiǎo)與溫差有關,特(tè)別是與晝(zhòu)夜間的變化關係最(zuì)大,當然溫度變化的速度(例如,冷(lěng)卻的速度)也是關鍵,橋梁上嚴重損害的裂縫往往發生在氣候條(tiáo)件最差的時(shí)候。溫度應力也與橋梁(liáng)所處的地理位置(zhì)有關,處於比較穩定的海洋(yáng)性氣(qì)候中的橋梁要比處於大陸性氣候中(zhōng)的橋梁有利一些;在城市內的橋(qiáo)梁要比跨河的或山區的橋梁有(yǒu)利。另外,橋梁結構中的溫度應力與太陽照射及照射麵的顏色均有(yǒu)很大關係。
  (3)收縮引起的(de)裂縫:混凝土在(zài)凝結硬化過程中產生體積變化(huà)(多指收縮),當混(hún)凝土產生收縮而結構又受約束時,就可能會產生收縮裂縫(féng)。與溫度應力(lì)相比,收縮裂縫僅起到次要作用。收縮引起的應力一般隻相(xiàng)當於溫(wēn)度引(yǐn)起應力的10%~30%。根據裂縫產生機理的不同,收縮裂縫又可分為化學收縮、幹燥收縮、塑性收縮、自收縮、碳化收縮裂縫等。
  (4)混凝(níng)土沉縮裂縫(féng):混凝(níng)土因(yīn)流動性不(bú)好或搗(dǎo)實欠佳,或在混凝土硬化前有沉縮或沉縮不足就(jiù)會(huì)發生裂縫。通常此類裂縫在混凝土尚處於塑性階段(duàn)(澆注後1~3h),沿梁上麵或板上麵鋼筋的位置發生,裂縫呈梭形,深度通常達到鋼筋麵。有些學者將此類裂縫也稱為塑性裂縫。
  (5)地基變形引起的裂縫:由於(yú)基礎豎向不均勻(yún)沉降或(huò)水(shuǐ)平方向位移(yí),使結構中產生附(fù)加(jiā)應力(lì),超出混凝土結構(gòu)的抗拉能力,導(dǎo)致結構開裂。基礎不均勻沉降的主要原因有:地質勘察精度不夠、試驗資料不準;地基地質差(chà)異太大;結構荷載差異太大;結構基礎類型差別太(tài)大;地在凍脹;橋梁基礎基於滑坡體、溶洞或活(huó)動斷層(céng)等不良地質時,可能造成不均勻沉降。
  (6)鋼(gāng)筋鏽蝕引起的裂縫:由於混凝土質量較差或保護層厚度(dù)不(bú)足,二(èr)氧(yǎng)化碳侵蝕碳化至鋼筋(jīn)表麵(miàn),使鋼筋周圍混凝土堿度降低,或由於氯化物浸入,鋼筋周圍氯離子含量較高,均可引(yǐn)起鋼筋表麵氧化膜破壞,鋼筋中鐵(tiě)離子與侵入到混(hún)凝土中的氧(yǎng)氣和水分發生鏽蝕反(fǎn)應,其鏽蝕物(wù)氫氧化鐵體積比(bǐ)原來增長約2~4倍,從而對周圍混凝土產生膨脹應力,導致保護層混凝土開裂、剝落,沿鋼筋縱向產生裂縫,並有鏽跡滲到(dào)混凝土表麵。由於鏽蝕,使鋼筋有(yǒu)效斷麵積減小(xiǎo),鋼筋與混凝土握裹力削弱,結構承載力下降,並將誘發其它形(xíng)式的裂(liè)縫,加劇鋼筋鏽蝕,導致結構破壞。
  (7)凍脹引起的裂縫:大氣溫度低於零度時,吸水(shuǐ)飽和的混凝土出現冰凍,遊(yóu)離(lí)的(de)水變成冰,體積膨脹9%,因而混凝土產生膨脹應力;同時混凝土膠孔中的(de)過冷水(shuǐ)(結冰溫度在-78℃以下(xià))在微觀結構中遷移和重分布引起(qǐ)滲透壓,使混(hún)凝土強度降低,並導致裂縫出現(xiàn)。溫度低於零度和混凝(níng)土吸水飽和是發生凍脹破(pò)壞的必要條件。當混凝土中(zhōng)骨料空隙多、吸水性強,骨料中含泥土等雜質過多(duō),水灰比偏大、振(zhèn)搗不密實,養護(hù)不力使(shǐ)混凝土早期受凍等,均可導致混凝土產生凍脹裂縫(féng)。
  (8)施工材(cái)料質量引起的裂縫(féng):混凝(níng)土主要由水(shuǐ)泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土(tǔ)所采用材料質量不合格,可能導致結構出現裂縫。如(rú):水泥、砂、石(shí)骨料(liào)、以及拌和水及外加劑等。
  (9)施工工藝質量(liàng)引起的裂縫:在混凝土(tǔ)結構澆築、構件製作、起模、運(yùn)輸、堆放(fàng)、拚裝及吊裝過程(chéng)中,若施工工藝不合理、施工質量低劣,容易(yì)產生縱向的(de)、橫向等各種裂縫,特別是細長(zhǎng)薄壁結構更容(róng)易出現。
  (10)是混凝土堿骨料反應(yīng)(AAR)引(yǐn)起(qǐ)的裂縫:混凝土中的堿性物質同骨料中活性矽成分之(zhī)間的反應就是堿骨(gǔ)料反應,這種反(fǎn)應是有害的,會使混凝土結構出現膨脹裂縫。發生(shēng)堿骨料反(fǎn)應有兩個必要條件,即骨料具有一定的堿活性和適宜的環(huán)境(潮濕、浸水)。堿骨料(liào)反應在(zài)骨料周圍和混凝土縫隙中(zhōng)有矽酸堿膠滯體存在或擠出,在顯微鏡下觀察(chá),骨料顆粒周圍出現反應環,砂漿或混凝土表麵出現(xiàn)網狀微裂縫,水泥漿出現碳化現象。
  (11)是預(yù)應(yīng)力張拉時引起的裂縫(féng):在預應力梁端部,當進(jìn)行預應力張(zhāng)拉(lā)時,梁端部受力狀態非常複雜,目前預應力梁(liáng)端部的非預應(yīng)力配筋均為構造配(pèi)筋,不能有效抑製預應力筋張拉時產生於梁端的諸多不利應力,往往使梁端產(chǎn)生裂縫。
2.橋梁裂縫常規處理方法
  對橋梁結構的裂(liè)縫經以上內容的判別可(kě)采取不(bú)同的處理方(fāng)法:
  一是表麵處理(lǐ)法:包(bāo)括表麵塗抹和表麵貼補(bǔ)法,表麵塗抹(mò)適(shì)用範圍是漿材難以灌入的細而淺的裂縫,深度未達到鋼筋表(biǎo)麵的發(fā)絲(sī)裂縫,不漏水的裂縫,不伸縮的(de)裂縫以及不在活動的裂縫。表麵貼寂(木工(gōng)膜或其它防水片)法適用於大麵積漏水(蜂窩(wō)麻麵等或不易確定具體漏水位置、變形縫)的防滲(shèn)堵漏。
  二是填充(chōng)法:用修(xiū)補材料直接填(tián)充裂縫,一般用來(lái)修補較寬的裂縫(0.3mm),作業簡單,費用低。寬度小於0.3mm,深度較淺的裂縫、以及小規模裂縫的簡易處理可采用取開V型槽(cáo),然後作填充處理。
  三是灌漿法:此法(fǎ)應用(yòng)範圍廣(guǎng),從細微裂縫(féng)到大裂縫均可適用,處理效果好。此法與加粘碳纖維進行(háng)約束(shù)並用,對於溫度裂縫來說,不僅可以保證水汽等有害氣體不侵入裂縫內部,腐蝕鋼筋,還(hái)可以加固裂縫附近的薄弱部位,在溫度應力的作用(yòng)下不產生裂縫。
  四是結構補強法:因超荷(hé)載產生的裂縫、裂縫(féng)長時間(jiān)不處理導致的混凝土耐久性降低、火災造(zào)成裂(liè)縫等影響結構強度可采取結構補(bǔ)強法、錨固補強法、預(yù)應(yīng)力法等(děng)。下麵重點介紹灌漿法施(shī)工工序流程。
 
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