李曉輝
中圖分類號:TV331文獻標識碼: A
在建筑工程施工和使用過程中,有關因出現裂縫而影響工程質量甚至導橋梁垮塌的報道屢見不鮮,經常困擾著工程技術人員。其實,如果采取一定的設計和施工措施,很多裂縫是可以克服和控制的。為了進一步加強對混凝土橋梁裂縫的認識,盡量避免工程中出現危害較大的裂縫,本文盡可能對混凝土橋梁裂縫的種類和產生的原因作較全面的分析、總結.
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
1、 設計計算階段,結構計算時不計算或部分漏算;計算模型不合理;結構受力假設與實際受力不符;荷載少算或漏算;內力與配筋計算錯誤;結構安全系數不夠。結構設計時不考慮施工的可能性;設計斷面不足;鋼筋設置偏少或布置錯誤;結構剛度不足;構造處理不當;設計圖紙交代不清等。
2、 施工階段,不加限制地堆放施工機具、材料;不了解預制結構結構受力特點,隨意翻身、起吊、運輸、安裝;不按設計圖紙施工,擅自更改結構施工順序,改變結構受力模式;不對結構做機器振動下的疲勞強度驗算等。
3、使用階段,超出設計載荷的重型車輛過橋;受車輛、船舶的接觸、撞擊;發生大風、大雪、地震、爆炸等。
二、 溫度、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。
塑性收縮。發生在施工過程中、混凝土澆筑后4~5小時左右,此時水泥水化反應激烈,分子鏈逐漸形成,出現泌水和水分急劇蒸發,混凝土失水收縮,同時骨料因自重下沉,因此時混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮所產生量級很大,可達1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構件豎向變截面處如T梁、箱梁腹板與頂底板交接處,因硬化前沉實不均勻將發生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮,施工時應控制水灰比,避免過長時間的攪拌,下料不宜太快,振搗要密實,豎向變截面處宜分層澆筑??s水收縮(干縮),影響混凝土收縮裂縫的主要因素有:
1、水泥品種、標號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高,普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標號越低、單位體積用量越大、磨細度越大,則混凝土收縮越大,且發生收縮時間越長。例如,為了提高混凝土的強度,施工時經常采用強行增加水泥用量的做法,結果收縮應力明顯加大。
2、骨料品種。骨料中石英、石灰巖、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低;而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小,含水量大收縮越大。
3、水灰比。用水量越大,水灰比越高,混凝土收縮越大。
4、外摻劑。外摻劑保水性越好,則混凝土收縮越小。
5、養護方法。良好的養護可加速混凝土的水化反應,獲得較高的混凝土強度。養護時保持濕度越高、氣溫越低、養護時間越長,則混凝土收縮越小。蒸汽養護方式比自然養護方式混凝土收縮要小。
6、外界環境。大氣中濕度小、空氣干燥、溫度高、風速大,則混凝土水分蒸發快,混凝土收縮越快。
7、振搗方式及時間。機械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時間應根據機械性能決定,一般以5~15s/次為宜。時間太短,振搗不密實,形成混凝土強度不足或不均勻;時間太長,造成分層,粗骨料沉入底層,細骨料留在上層,強度不均勻,上層易發生收縮裂縫。對于溫度和收縮引起的裂縫,增配構造鋼筋可明顯提高混凝土的抗裂性,尤其是薄壁結構(壁厚20~60cm)。構造上配筋宜優先采用小直徑鋼筋(φ8~φ14)、小間距布置(@10~@15cm),全截面構造配筋率不宜低于0.3%,一般可采用0.3%~0.5%。
三、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
(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。
(2)、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。
(3)、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。
四、施工工藝質量引起的裂縫
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。
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。
最后總結:
一個工程從建成到使用,牽涉到設計、施工、監理、運營管理等各個方面。由上述可知,設計疏漏、施工低劣、監理不力,均可能使混凝土橋梁出現裂縫。因此,嚴格按照國家有關規范、技術標準進行設計、施工和監理,是保證結構安全耐用的前提和基礎。在運營管理過程中,進一步加強巡查和管理,及時發現和處理問題,也是相當重要的一個環節。