大體積混凝土裂縫分析及控制技術(shù)
一、論述
隨著基礎(chǔ)建設(shè)的迅速發(fā)展,橋梁建設(shè)中大體積混凝土應(yīng)用越來(lái)越多,混凝土在現(xiàn)代橋梁工程建設(shè)中已經(jīng)占據(jù)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(jié)構(gòu),因?yàn)樵摻ㄖ牧蟽r(jià)廉物美,施工方便,承載力大,可裝飾強(qiáng)的特點(diǎn),日益受到人們的歡迎。在我國(guó)不論是鐵路工程、公路工程還是其它工程建設(shè),鋼筋混凝土的應(yīng)用面可以說(shuō)是無(wú)處不在。但是,在使用混凝土的同時(shí),由于對(duì)混凝土的性能了解不深,在工程完畢后的十幾天,一個(gè)月或者更長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)間后,混凝土結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)了裂縫或其他不良反應(yīng),給人們的心中造成擔(dān)憂和后怕的感覺(jué)。
盡管我們?cè)谑┕ぶ胁扇「鞣N措施,小心謹(jǐn)慎,但裂縫仍然時(shí)有出現(xiàn),有些還造成了無(wú)法估量的損失。為了降低經(jīng)濟(jì)損失,減少和控制裂縫的的出現(xiàn),一些搞混凝土技術(shù)的研究人員對(duì)混凝土構(gòu)筑物的裂縫形成,進(jìn)行了大量的研究和技術(shù)探討,提出解決混凝土裂縫的辦法和意見(jiàn),也取得了較大的科研成果,使混凝土構(gòu)筑物的裂縫降低到最低范圍之內(nèi)。目前對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫問(wèn)題,是在混凝土工程建設(shè)中帶有一定普遍性的技術(shù)問(wèn)題。而混凝土結(jié)構(gòu)的破壞和建筑物的倒塌,也都是從結(jié)構(gòu)裂縫的擴(kuò)展開(kāi)始而引起的。故在某些施工驗(yàn)收規(guī)范和工程都是不允許混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有明顯的裂縫。
但是,從近代科學(xué)關(guān)于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程實(shí)踐證明,混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是不可避免的,裂縫是人們可以接受的一種材料特性,只是如何使有害程度控制在某一有效范圍之內(nèi)。因?yàn)槭褂玫幕炷潦嵌喾N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(xiàn)裂縫的可能性。
從目前的情況看,設(shè)計(jì)上對(duì)混凝土裂縫有一定范圍。從我國(guó)的“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范《GBJ10—89)”表3.3.4規(guī)定看,其裂縫寬度在不同的環(huán)境下,不同的混凝土結(jié)構(gòu)物其裂縫的寬度也有所不同的控制標(biāo)準(zhǔn),允許裂縫寬度為0.2~0.3mm.而從國(guó)外的情況看,不同的國(guó)家對(duì)混凝土構(gòu)筑物的裂縫寬度也有不同的規(guī)定,如1970年歐洲混凝土專業(yè)委員會(huì)的規(guī)范所收集各個(gè)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)裂縫規(guī)定如下:美國(guó)AGl 規(guī)范規(guī)定裂縫為0.108mm;法國(guó),規(guī)范規(guī)定裂縫為0.27mm;加拿大,規(guī)范規(guī)定裂縫為0.064mm;前蘇聯(lián),規(guī)范規(guī)定裂縫為0.12mm;波蘭,規(guī)范規(guī)定裂縫為0.182mm.從不同的國(guó)家來(lái)看,各國(guó)的規(guī)范對(duì)混凝土構(gòu)筑物的裂縫都有不同的控制范圍和要求,要保證混凝土構(gòu)筑物不出現(xiàn)裂縫可以說(shuō)是不可能的。在我國(guó),對(duì)在不同環(huán)境下混凝土構(gòu)筑物,在不同的介質(zhì)情況下,所規(guī)定的混凝土裂縫寬度也不同。所以說(shuō),對(duì)混凝土構(gòu)筑物的裂縫我國(guó)規(guī)范規(guī)定在設(shè)計(jì)上有一定的允許寬度。國(guó)際上也都根據(jù)本國(guó)的特點(diǎn),對(duì)混凝土的裂縫都有明確的規(guī)定,說(shuō)明混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫在一定范圍內(nèi)是允許的,要想控制混凝土構(gòu)筑物不裂縫是很難的,關(guān)鍵是怎么控制能讓在施工中盡量小產(chǎn)生裂縫和把裂縫的寬度應(yīng)該控制在什么范圍內(nèi),能使我們?cè)谑┕ぶ胁皇芙?jīng)濟(jì)損失。
二、橋梁裂縫產(chǎn)生原因淺析
實(shí)際上,混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多,甚至多種因素相互影響,但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因?;炷翗蛄毫芽p的種類,就其產(chǎn)生的原因,大致可劃分如下幾種:
?。ㄒ唬?、荷載引起的裂縫混凝土橋梁在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫,歸納起來(lái)主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。
直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有:
1、設(shè)計(jì)計(jì)算階段,結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)不計(jì)算或部分漏算;計(jì)算模型不合理;結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際受力不符;荷載少算或漏算;內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤;結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮施工的可能性;設(shè)計(jì)斷面不足;鋼筋設(shè)置偏少或布置錯(cuò)誤;結(jié)構(gòu)剛度不足;構(gòu)造處理不當(dāng);設(shè)計(jì)圖紙交代不清等。
2、施工階段,不加限制地堆放施工機(jī)具、材料;不了解預(yù)制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn),隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝;不按設(shè)計(jì)圖紙施工,擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序,改變結(jié)構(gòu)受力模式;不對(duì)結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動(dòng)下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。
3、使用階段,超出設(shè)計(jì)載荷的重型車(chē)輛過(guò)橋;受車(chē)輛、船舶的接觸、撞擊;發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸等。
次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有:
1、在設(shè)計(jì)外荷載作用下,由于結(jié)構(gòu)物的實(shí)際工作狀態(tài)同常規(guī)計(jì)算有出入或計(jì)算不考慮,從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。例如兩鉸拱橋拱腳設(shè)計(jì)時(shí)常采用布置“X”形鋼筋、同時(shí)削減該處斷面尺寸的辦法設(shè)計(jì)鉸,理論計(jì)算該處不會(huì)存在彎矩,但實(shí)際該鉸仍然能夠抗彎,以至出現(xiàn)裂縫而導(dǎo)致鋼筋銹蝕。
2、橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開(kāi)洞、設(shè)置牛腿等,在常規(guī)計(jì)算中難以用準(zhǔn)確的圖式進(jìn)行模擬計(jì)算,一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置受力鋼筋。研究表明,受力構(gòu)件挖孔后,力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象,在孔洞附近密集,產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。在長(zhǎng)跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁中,經(jīng)常在跨內(nèi)根據(jù)截面內(nèi)力需要截?cái)噤撌?,設(shè)置錨頭,而在錨固斷面附近經(jīng)??梢钥吹搅芽p。因此,若處理不當(dāng),在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處、受力鋼筋截?cái)嗵幦菀壮霈F(xiàn)裂縫。
實(shí)際工程中,次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見(jiàn)原因。次應(yīng)力裂縫多屬?gòu)埨?、劈裂、剪切性質(zhì)。次應(yīng)力裂縫也是由荷載引起,僅是按常規(guī)一般不計(jì)算,但隨著現(xiàn)代計(jì)算手段的不斷完善,次應(yīng)力裂縫也是可以做到合理驗(yàn)算的。在設(shè)計(jì)上,應(yīng)注意避免結(jié)構(gòu)突變(或斷面突變),當(dāng)不能回避時(shí),應(yīng)做局部處理,如轉(zhuǎn)角處做圓角,突變處做成漸變過(guò)渡,同時(shí)加強(qiáng)構(gòu)造配筋,轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋,對(duì)于較大孔洞有條件時(shí)可在周邊設(shè)置護(hù)邊角鋼。
荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。這類裂縫多出現(xiàn)在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動(dòng)嚴(yán)重部位。但必須指出,如果受壓區(qū)出現(xiàn)起皮或有沿受壓方向的短裂縫,往往是結(jié)構(gòu)達(dá)到承載力極限的標(biāo)志,是結(jié)構(gòu)破壞的前兆,其原因往往是截面尺寸偏小。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同受力方式,產(chǎn)生的裂縫特征如下:
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1、中心受拉。裂縫貫穿構(gòu)件橫截面,間距大體相等,且垂直于受力方向。采用螺紋鋼筋時(shí),裂縫之間出現(xiàn)位于鋼筋附近的次裂縫。
2、中心受壓。沿構(gòu)件出現(xiàn)平行于受力方向的短而密的平行裂縫。
3、受彎。彎矩最大截面附近從受拉區(qū)邊沿開(kāi)始出現(xiàn)與受拉方向垂直的裂縫,并逐漸向中和軸方向發(fā)展。采用螺紋鋼筋時(shí),裂縫間可見(jiàn)較短的次裂縫。當(dāng)結(jié)構(gòu)配筋較少時(shí),裂縫少而寬,結(jié)構(gòu)可能發(fā)生脆性破壞。
4、大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區(qū)配筋較少的小偏心受壓構(gòu)件,類似于受彎構(gòu)件。
5、小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區(qū)配筋較多的大偏心受壓構(gòu)件,類似于中心受壓構(gòu)件。
6、受剪。當(dāng)箍筋太密時(shí)發(fā)生斜壓破壞,沿梁端腹部出現(xiàn)大于45°方向的斜裂縫;當(dāng)箍筋適當(dāng)時(shí)發(fā)生剪壓破壞,沿梁端中下部出現(xiàn)約45°方向相互平行的斜裂縫。
7、受扭。構(gòu)件一側(cè)腹部先出現(xiàn)多條約45°方向斜裂縫,并向相鄰面以螺旋方向展開(kāi)。
8、受沖切。沿柱頭板內(nèi)四側(cè)發(fā)生約45°方向斜面拉裂,形成沖切面。
9、局部受壓。在局部受壓區(qū)出現(xiàn)與壓力方向大致平行的多條短裂縫。
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混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì),當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化,混凝土將發(fā)生變形,若變形遭到約束,則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中,溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出活載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。引起溫度變化主要因素有:
1、年溫差。一年中四季溫度不斷變化,但變化相對(duì)緩慢,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是導(dǎo)致橋梁的縱向位移,一般可通過(guò)橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào),只有結(jié)構(gòu)的位移受到限制時(shí)才會(huì)引起溫度裂縫,例如拱橋、剛架橋等。我國(guó)年溫差一般以一月和七月月平均溫度的作為變化幅度??紤]到混凝土的蠕變特性,年溫差內(nèi)力計(jì)算時(shí)混凝土彈性模量應(yīng)考慮折減。
2、日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽(yáng)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(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大,出現(xiàn)裂縫。日照和下述驟然降溫是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見(jiàn)原因。
3、驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降,但因內(nèi)部溫度變化相對(duì)較慢而產(chǎn)生溫度梯度。日照和驟然降溫內(nèi)力計(jì)算時(shí)可采用設(shè)計(jì)規(guī)范或參考實(shí)橋資料進(jìn)行,混凝土彈性模量不考慮折減。
4、水化熱。出現(xiàn)在施工過(guò)程中,大體積混凝土(厚度超過(guò)2.0米)澆筑之后由于水泥水化放熱,致使內(nèi)部溫度很高,內(nèi)外溫差太大,致使表面出現(xiàn)裂縫。施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)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(nèi)外溫差,并緩慢降溫,必要時(shí)可采用循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部散熱,或采用薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。
5、蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時(shí)施工措施不當(dāng),混凝土驟冷驟熱,內(nèi)外溫度不均,易出現(xiàn)裂縫。
6、預(yù)制T梁之間橫隔板安裝時(shí),支座預(yù)埋鋼板與調(diào)平鋼板焊接時(shí),若焊接措施不當(dāng),鐵件附近混凝土容易燒傷開(kāi)裂。采用電熱張拉法張拉預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時(shí),預(yù)應(yīng)力鋼材溫度可升高至350℃,混凝土構(gòu)件也容易開(kāi)裂。試驗(yàn)研究表明,由火災(zāi)等原因引起高溫?zé)齻幕炷翉?qiáng)度隨溫度的升高而明顯降低,鋼筋與混凝土的粘結(jié)力隨之下降,混凝土溫度達(dá)到300℃后抗拉強(qiáng)度下降50%,抗壓強(qiáng)度下降60%,光圓鋼筋與混凝土的粘結(jié)力下降80%;由于受熱,混凝土體內(nèi)游離水大量蒸發(fā)也可產(chǎn)生急劇收縮。
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?。ㄈ?、收縮引起的裂縫
在實(shí)際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見(jiàn)的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)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(fā)生在施工過(guò)程中、混凝土澆筑后4~5小時(shí)左右,此時(shí)水泥水化反應(yīng)激烈,分子鏈逐漸形成,出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā),混凝土失水收縮,同時(shí)骨料因自重下沉,因此時(shí)混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級(jí)很大,可達(dá)1%左右。在骨料下沉過(guò)程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)件豎向變截面處如T梁、箱梁腹板與頂?shù)装褰唤犹?,因硬化前沉?shí)不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮,施工時(shí)應(yīng)控制水灰比,避免過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的攪拌,下料不宜太快,振搗要密實(shí),豎向變截面處宜分層澆筑。
縮水收縮(干縮)。混凝土結(jié)硬以后,隨著表層水分逐步蒸發(fā),濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失快,內(nèi)部損失慢,因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當(dāng)表面混凝土承受拉力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí),便產(chǎn)生收縮裂縫?;炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構(gòu)件(超過(guò)3%),鋼筋對(duì)混凝土收縮的約束比較明顯,混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋。
自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過(guò)程中,水泥與水發(fā)生水化反應(yīng),這種收縮與外界濕度無(wú)關(guān),且可以是正的(即收縮,如普通硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負(fù)的(即膨脹,如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。
炭化收縮。大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生,且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計(jì)算。
混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細(xì),且縱橫交錯(cuò),成龜裂狀,形狀沒(méi)有任何規(guī)律。
研究表明,影響混凝土收縮裂縫的主要因素有:
1、水泥品種、標(biāo)號(hào)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(biāo)號(hào)越低、單位體積用量越大、磨細(xì)度越大,則混凝土收縮越大,且發(fā)生收縮時(shí)間越長(zhǎng)。例如,為了提高混凝土的強(qiáng)度,施工時(shí)經(jīng)常采用強(qiáng)行增加水泥用量的做法,結(jié)果收縮應(yīng)力明顯加大。
2、骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長(zhǎng)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(yǎng)護(hù)方法。良好的養(yǎng)護(hù)可加速混凝土的水化反應(yīng),獲得較高的混凝土強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時(shí)保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng),則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護(hù)方式比自然養(yǎng)護(hù)方式混凝土收縮要小。
6、外界環(huán)境。大氣中濕度小、空氣干燥、溫度高、風(fēng)速大,則混凝土水分蒸發(fā)快,混凝土收縮越快。
7、振搗方式及時(shí)間。機(jī)械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時(shí)間應(yīng)根據(jù)機(jī)械性能決定,一般以5~15s/次為宜。時(shí)間太短,振搗不密實(shí),形成混凝土強(qiáng)度不足或不均勻;時(shí)間太長(zhǎng),造成分層,粗骨料沉入底層,細(xì)骨料留在上層,強(qiáng)度不均勻,上層易發(fā)生收縮裂縫。
對(duì)于溫度和收縮引起的裂縫,增配構(gòu)造鋼筋可明顯提高混凝土的抗裂性,尤其是薄壁結(jié)構(gòu)(壁厚20~60cm)。構(gòu)造上配筋宜優(yōu)先采用小直徑鋼筋(φ8~φ14)、小間距布置(@10~@15cm),全截面構(gòu)造配筋率不宜低于0.3%,一般可采用0.3%~0.5%.
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(四)、地基礎(chǔ)變形引起的裂縫
由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力,超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。基礎(chǔ)不均勻沉降的主要原因有:
1、地質(zhì)勘察精度不夠、試驗(yàn)資料不準(zhǔn)。在沒(méi)有充分掌握地質(zhì)情況就設(shè)計(jì)、施工,這是造成地基不均勻沉降的主要原因。比如丘陵區(qū)或山嶺區(qū)橋梁,勘察時(shí)鉆孔間距太遠(yuǎn),而地基巖面起伏又大,勘察報(bào)告不能充分反映實(shí)際地質(zhì)情況。
2、地基地質(zhì)差異太大。建造在山區(qū)溝谷的橋梁,河溝處的地質(zhì)與山坡處變化較大,河溝中甚至存在軟弱地基,地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉降。
3、結(jié)構(gòu)荷載差異太大。在地質(zhì)情況比較一致條件下,各部分基礎(chǔ)荷載差異太大時(shí),有可能引起不均勻沉降,例如高填土箱形涵洞中部比兩邊的荷載要大,中部的沉降就要比兩邊大,箱涵可能開(kāi)裂。
4、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。同一聯(lián)橋梁中,混合使用不同基礎(chǔ)如擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ),或同時(shí)采用樁基礎(chǔ)但樁徑或樁長(zhǎng)差別大時(shí),或同時(shí)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)但基底標(biāo)高差異大時(shí),也可能引起地基不均勻沉降。
5、分期建造的基礎(chǔ)。在原有橋梁基礎(chǔ)附近新建橋梁時(shí),如分期修建的左右半幅橋梁,新建橋梁荷載或基礎(chǔ)處理時(shí)引起地基土重新固結(jié),均可能對(duì)原有橋梁基礎(chǔ)造成較大沉降。
6、地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰凍膨脹;一旦溫度回升,凍土融化,地基下沉。因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。
7、橋梁基礎(chǔ)置于滑坡體、溶洞或活動(dòng)斷層等不良地質(zhì)時(shí),可能造成不均勻沉降。
8、橋梁建成以后,原有地基條件變化。大多數(shù)天然地基和人工地基浸水后,尤其是素填土、黃土、膨脹土等特殊地基土,土體強(qiáng)度遇水下降,壓縮變形加大。在軟土地基中,因人工抽水或干旱季節(jié)導(dǎo)致地下水位下降,地基土層重新固結(jié)下沉,同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)的上浮力減小,負(fù)摩阻力增加,基礎(chǔ)受荷加大。有些橋梁基礎(chǔ)埋置過(guò)淺,受洪水沖刷、淘挖,基礎(chǔ)可能位移。地面荷載條件的變化,如橋梁附近因塌方、山體滑坡等原因堆置大量廢方、砂石等,橋址范圍土層可能受壓縮再次變形。因此,使用期間原有地基條件變化均可能造成不均勻沉降。
對(duì)于拱橋等產(chǎn)生水平推力的結(jié)構(gòu)物,對(duì)地質(zhì)情況掌握不夠、設(shè)計(jì)不合理和施工時(shí)破壞了原有地質(zhì)條件是產(chǎn)生水平位移裂縫的主要原因。
?。ㄎ澹?、鋼筋銹蝕引起的裂縫
由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足,混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面,使鋼筋周?chē)炷翂A度降低,或由于氯化物介入,鋼筋周?chē)入x子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng),其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來(lái)增長(zhǎng)約2~4倍,從而對(duì)周?chē)炷廉a(chǎn)生膨脹應(yīng)力,導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開(kāi)裂、剝離,沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕,使得鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結(jié)構(gòu)承載力下降,并將誘發(fā)其它形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。
要防止鋼筋銹蝕,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護(hù)層厚度(當(dāng)然保護(hù)層亦不能太厚,否則構(gòu)件有效高度減小,受力時(shí)將加大裂縫寬度);施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的水灰比,加強(qiáng)振搗,保證混凝土的密實(shí)性,防止氧氣侵入,同時(shí)嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量,沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。
(六)、凍脹引起的裂縫
大氣氣溫低于零度時(shí),吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍,游離的水轉(zhuǎn)變成冰,體積膨脹9%,因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力;同時(shí)混凝土凝膠孔中的過(guò)冷水(結(jié)冰溫度在-78度以下)在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓,使混凝土中膨脹力加大,混凝土強(qiáng)度降低,并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時(shí)受凍最嚴(yán)重,成齡后混凝土強(qiáng)度損失可達(dá)30%~50%.冬季施工時(shí)對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。當(dāng)混凝土中骨料空隙多、吸水性強(qiáng);骨料中含泥土等雜質(zhì)過(guò)多;混凝土水灰比偏大、振搗不密實(shí);養(yǎng)護(hù)不力使混凝土早期受凍等,均可能導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。冬季施工時(shí),采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法養(yǎng)護(hù)以及在混凝土拌和水中摻入防凍劑(但氯鹽不宜使用),可保證混凝土在低溫或負(fù)溫條件下硬化。
?。ㄆ撸?、施工材料質(zhì)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(zhì)量不合格,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。
1、水泥
?。?)、水泥安定性不合格,水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)。氧化鈣在凝結(jié)過(guò)程中水化很慢,在水泥混凝土凝結(jié)后仍然繼續(xù)起水化作用,可破壞已硬化的水泥石,使混凝土抗拉強(qiáng)度下降。
?。?)、水泥出廠時(shí)強(qiáng)度不足,水泥受潮或過(guò)期,可能使混凝土強(qiáng)度不足,從而導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。
?。?)、當(dāng)水泥含堿量較高(例如超過(guò)0.6%),同時(shí)又使用含有堿活性的骨料,可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)。
2、砂、石骨料砂石的粒徑、級(jí)配、雜質(zhì)含量。砂石粒徑太小、級(jí)配不良、空隙率大,將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大,影響混凝土的強(qiáng)度,使混凝土收縮加大,如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂,后果更嚴(yán)重。砂石中云母的含量較高,將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力,降低混凝土強(qiáng)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(qiáng)度和抗凍性、抗?jié)B性。砂石中有機(jī)質(zhì)和輕物質(zhì)過(guò)多,將延緩水泥的硬化過(guò)程,降低混凝土強(qiáng)度,特別是早期強(qiáng)度。砂石中硫化物可與水泥中的鋁酸三鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),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(zhì)含量較高時(shí)對(duì)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(duì)堿骨料反應(yīng)有影響。
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(八)、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫
在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過(guò)程中,若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣,容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫,特別是細(xì)長(zhǎng)薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異,比較典型常見(jiàn)的有:
1、混凝土保護(hù)層過(guò)厚,或亂踩已綁扎的上層鋼筋,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。
2、混凝土振搗不密實(shí)、不均勻,出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞,導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點(diǎn)。
3、混凝土澆筑過(guò)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(guò)大,容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫,既塑性收縮裂縫。
4、混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng),使水分蒸發(fā)過(guò)多,引起混凝土塌落度過(guò)低,使得在混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。
5、混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。
6、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,或因其它原因加大了水灰比,導(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。
7、混凝土分層或分段澆筑時(shí),接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。如混凝土分層澆筑時(shí),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(xiàn)澆時(shí),先澆混凝土接觸面鑿毛、清洗不好,新舊混凝土之間粘結(jié)力小,或后澆混凝土養(yǎng)護(hù)不到位,導(dǎo)致混凝土收縮而引起裂縫。8、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。
9、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。
10、施工時(shí)拆模過(guò)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。
11、施工前對(duì)支架壓實(shí)不足或支架剛度不足,澆筑混凝土后支架不均勻下沉,導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。
12、裝配式結(jié)構(gòu),在構(gòu)件運(yùn)輸、堆放時(shí),支承墊木不在一條垂直線上,或懸臂過(guò)長(zhǎng),或運(yùn)輸過(guò)程中劇烈顛撞;吊裝時(shí)吊點(diǎn)位置不當(dāng),T梁等側(cè)向剛度較小的構(gòu)件,側(cè)向無(wú)可靠的加固措施等,均可能產(chǎn)生裂縫。
13、安裝順序不正確,對(duì)產(chǎn)生的后果認(rèn)識(shí)不足,導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。如鋼筋混凝土連續(xù)梁滿堂支架現(xiàn)澆施工時(shí),鋼筋混凝土墻式護(hù)欄若與主梁同時(shí)澆筑,拆架后墻式護(hù)欄往往產(chǎn)生裂縫;拆架后再澆筑護(hù)欄,則裂縫不易出現(xiàn)。
14、施工質(zhì)量控制差。任意套用混凝土配合比,水、砂石、水泥材料計(jì)量不準(zhǔn),結(jié)果造成混凝土強(qiáng)度不足和其他性能(和易性、密實(shí)度)下降,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。
三、保證大體積混凝土質(zhì)量及控制裂縫的措施
綜上所述,橋梁產(chǎn)生裂縫的原因主要可以歸納為以下三個(gè)大的方面:溫度裂縫、沉縮裂縫及抗拉裂縫。在施工中可以通過(guò)以下措施控制混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫的產(chǎn)生。
?。ㄒ唬┍WC混凝土的質(zhì)量。
保證混凝土的質(zhì)量主要有以下幾個(gè)措施:
1.選擇合適水泥和嚴(yán)格控制水泥用量?jī)?yōu)先采用525R普通水泥,425R普通水泥等高標(biāo)號(hào)水泥,以減少水泥用量。選用低熱水泥,減少水化熱,降低混凝土的溫升值。并盡量選用后期強(qiáng)度(90或120天),降低水泥量,并延緩峰值。在滿足設(shè)計(jì)和混凝土可泵性的前提下,將425R水泥用量控制在450kg/m3,525R水泥用量控制在360kg/m3.以降低砼最高溫升,降低砼所受的拉應(yīng)力。
2. 嚴(yán)格控制骨料級(jí)配和合泥量選用10.40mm連續(xù)級(jí)配碎石(其中10.30mm級(jí)配含量65%左右),細(xì)度模數(shù)2.80-3.00的中砂(通過(guò)0.315n凹篩孔的砂不少于15%,砂率控制在40%-45%)。砂、石含泥量控制在1%以內(nèi),并不得混有有機(jī)質(zhì)等雜物,杜絕使用海砂。
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3.選擇適當(dāng)外加劑
可根據(jù)設(shè)計(jì)要求,混凝土中摻加一定用量外加劑,如防水劑、膨脹劑、減水劑、緩凝劑等外加劑。外加劑中糖鈣能提高混凝土的和易性,使用水量減少20%左右,水灰比可控制在0.55以下,初凝延長(zhǎng)到5h左右。
4. 選擇優(yōu)化配合比選用良好級(jí)配的骨料,嚴(yán)格控制砂石質(zhì)量,降低水灰比,并在砼中摻加粉煤灰和外加劑等,以降低水泥用量,減少水化熱,以降低砼溫升,從而可以降低砼所受的拉應(yīng)力。
5.采用切實(shí)可行的施工工藝根據(jù)泵送大體積混凝土的特點(diǎn),采用“分段定點(diǎn),一個(gè)坡度,薄層澆筑,循序推進(jìn),一次到頂”的方法。這種自然流淌形成斜坡混凝土的方法,能較好地適應(yīng)泵送工藝,避免混凝土輸送管道經(jīng)常拆除、沖洗和接長(zhǎng),從而提高泵送效率,簡(jiǎn)化混凝土的泌水處理,保證上下層混凝土澆筑間隔不超過(guò)初凝時(shí)間。根據(jù)混凝土泵送時(shí)自然形成一個(gè)坡度的實(shí)際情況,在每個(gè)澆筑帶的前后布置兩道振動(dòng)器,第一道布置在混凝土出料口,主要解決上部混凝土的振實(shí);由于底層鋼筋間距較密,第二道布置在混凝土坡腳處,以確保下部混凝土密實(shí)。隨著澆筑的推進(jìn),振動(dòng)器也相應(yīng)跟上,以確保整個(gè)高度上混凝土的質(zhì)量。由于大體積泵送混凝土表面水泥漿較厚,故澆筑結(jié)束后須在初凝前用鐵滾筒碾壓數(shù)遍,打磨壓實(shí),以閉合混凝土的收水裂縫。
6.嚴(yán)格控制混凝土入模溫度大體積砼最好選在春秋季施工,以降低入模溫度,既是在夏季施工最好采取有效措施降低入模溫度,再者澆筑砼時(shí)最好不要讓砼在太陽(yáng)下直接爆曬。施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)碎石灑水降溫,保證水泥庫(kù)通風(fēng)良好,自來(lái)水預(yù)可先放入地下蓄水池中降溫。
7.加適當(dāng)預(yù)埋件在砼易裂縫部位埋設(shè)應(yīng)力應(yīng)變傳感片,直接測(cè)試?yán)瓚?yīng)力,以便更直接控制砼(調(diào)節(jié)保溫保濕養(yǎng)護(hù)條件,保證溫度梯度),確保砼不裂縫。在基礎(chǔ)面筋上加設(shè)鐵絲網(wǎng)或小直徑鋼筋網(wǎng),以提高砼表面抗裂性(中間溫度筋可去掉)。如3.00m厚承臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí),在承臺(tái)中間設(shè)置了墊20@2肋水平抗縮鋼筋網(wǎng)片。采用“水平分層間隙”施工方法,分兩層進(jìn)行澆筑,間隙時(shí)間7d以上,分層厚度各1.5m,抗縮鋼筋網(wǎng)設(shè)置在下層1.5m的上表面。在工期允許的情況下,這種施工方法可降低內(nèi)部最高溫升、減少人力、材料及機(jī)械設(shè)備的投入。
8.改進(jìn)施工技術(shù)施工時(shí)加強(qiáng)插筋位置的振搗、抹壓、養(yǎng)護(hù)。由于鋼筋是熱的良導(dǎo)體,易產(chǎn)生大的溫度梯度,這是裂縫產(chǎn)生的一個(gè)主要環(huán)節(jié)。同時(shí)加強(qiáng)初凝前的抹壓,以消除初期裂縫,并加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù),提高砼抗拉強(qiáng)度。
9.加強(qiáng)砼澆筑后的養(yǎng)護(hù)砼澆筑后,應(yīng)盡快回填土——土是砼最好的養(yǎng)護(hù)材料之一。目前這是砼保溫保濕養(yǎng)護(hù)的最有效方法,對(duì)預(yù)防裂縫是非常有益的。如采用蓄水法保溫養(yǎng)護(hù),在混凝土施工期間可通入冷卻循環(huán)水,以便加快承臺(tái)內(nèi)部熱量的散發(fā)。如采用內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)措施,可有效降低混凝土的溫升值,且可大大縮短養(yǎng)護(hù)周期,對(duì)于超厚大體積混凝土施工尤其適用。
10.加強(qiáng)技術(shù)管理 加強(qiáng)原材料的檢驗(yàn)、試驗(yàn)工作。施工中嚴(yán)格按照方案及交底的要求指導(dǎo)施工,明確分工,責(zé)任到人。加強(qiáng)計(jì)量監(jiān)測(cè)工作,定時(shí)檢查并做好詳細(xì)記錄,認(rèn)真對(duì)待澆筑過(guò)程中可能出現(xiàn)的冷縫,并采取措施加以杜絕。在變截面施工前,一定要加強(qiáng)預(yù)測(cè),并保證預(yù)測(cè)的科學(xué)性。同時(shí)在實(shí)施過(guò)程中,要切實(shí)落實(shí)施工方案。
11. 加強(qiáng)混凝土的測(cè)溫工作為及時(shí)掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面溫度的變化值,在承臺(tái)內(nèi)埋沒(méi)若干個(gè)測(cè)溫點(diǎn),采用L形布置,每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)埋設(shè)溫管2根01根管底埋置于承臺(tái)混凝土的中心位置,測(cè)量混凝土中心的最高溫升,另一根管底距承臺(tái)上表面100 mm,測(cè)量混凝土的表面溫度,測(cè)溫管均露出混凝土表面100 mm.用100的紅色水銀溫度計(jì)測(cè)溫,以方便讀數(shù)。第l —— 5d每2h測(cè)溫1次,第6d后每4h測(cè)溫1次,測(cè)至溫度穩(wěn)定為止。從已有施工經(jīng)驗(yàn)的測(cè)溫情況看,混凝土內(nèi)部溫升的高峰值一般在3.5d內(nèi)產(chǎn)生,3d內(nèi)溫度可上升到或接近最大溫升,內(nèi)外溫差值在20℃左右,控制在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi),未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。
12.其它參考意見(jiàn)大體積混凝土采用泵送工藝,泵送過(guò)程中,常會(huì)發(fā)生輸送管堵塞故障,故提高混凝土的可泵性十分重要。須合理選擇泵送壓力,泵管直徑,輸送管線布置應(yīng)合理。泵管上須遮蓋濕麻袋,并經(jīng)常淋水散熱。混凝上中的砂石要有良好的級(jí)配,碎石最大粒徑與輸送管徑之比宜名1:3,砂率宜在40%。45%間,水灰比宜在0.5-0.55間,坍落度宜在15-18cm間。及時(shí)與氣象臺(tái)取得聯(lián)系,掌握天氣情況。由于大體積混凝土承臺(tái)連續(xù)澆筑,故澆筑現(xiàn)場(chǎng)須設(shè)防雨棚,并在基坑四周,設(shè)置盲溝和集水井。
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?。ǘ囟鹊目刂坪头乐沽芽p的措施
為了防止裂縫,減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手??刂茰囟鹊拇胧┤缦拢?
1、采用改善骨料級(jí)配,用干硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;
2、拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;
3、熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;
4、在混凝土中埋設(shè)水管,通入冷水降溫;
5、規(guī)定合理的拆模時(shí)間,氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;
6、施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)采取保溫措施;改善約束條件的措施是:
?。?)合理地分縫分塊;
?。?)避免基礎(chǔ)過(guò)大起伏;
?。?)合理的安排施工工序,避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露;
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),防止表面干縮,特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫是十分重要,應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫,出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的,因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。
在混凝土的施工中,為了提高模板的周轉(zhuǎn)率,往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模,在表面引起很大的拉應(yīng)力,出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發(fā),表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力,此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高,此時(shí)拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應(yīng)力,與水化熱應(yīng)力迭加,再加上混凝土干縮,表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值,就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn),但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海棉等,對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力,具有顯著的效果。
加筋對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小,因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低。只是對(duì)一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下,鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的,而與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無(wú)關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小,在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7~15倍,當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開(kāi)裂時(shí),鋼筋的應(yīng)力將不超過(guò)100~200kg/cm2……因此,在混凝土中想要利用鋼筋來(lái)防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時(shí),對(duì)提高混凝土抗裂性的效果較好?;炷梁弯摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的表面常常會(huì)發(fā)生細(xì)而淺的裂縫,其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺,但它對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性仍有一定的影響。
為保證混凝土工程質(zhì)量,防止開(kāi)裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開(kāi)裂的措施之一。其主要作用為:
?。?)混凝土中存在大量毛細(xì)孔道,水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力,使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力,但會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低。這個(gè)表面張力理論早在六十年代就已被國(guó)際上所確認(rèn)。
?。?)水灰比是影響混凝土收縮的重要因素,使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。
?。?)水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素,摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15%的水泥用量,其體積用增加骨料用量來(lái)補(bǔ)充。
(4)減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少沉縮變形。
?。?)提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力,提高的混凝土抗裂性能。
?。?)混凝土在收縮時(shí)受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)裂縫就會(huì)產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強(qiáng)度,大幅提高混凝土的抗裂性能。
?。?)摻加外加劑可使混凝土密實(shí)性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,減少碳化收縮。
(8)摻減水防裂劑后混凝土緩凝時(shí)間適當(dāng),在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上,避免因水泥長(zhǎng)期不凝而帶來(lái)的塑性收縮增加。
?。?)摻外加劑混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,減少水分蒸發(fā),減少干燥收縮。
許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能,我們?cè)诠こ虒?shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對(duì)比和研究,比單純的靠改善外部條件,可能會(huì)更加簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)。
?。ㄈ?nbsp;混凝土的早期養(yǎng)護(hù)
實(shí)踐證明,混凝土常見(jiàn)的裂縫,大多數(shù)是不同深度的表面裂縫,其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說(shuō)混凝土的保溫對(duì)防止表面早期裂縫尤其重要。
從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā),保溫應(yīng)達(dá)到下述要求:
(1)防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度,防止表面裂縫。
(2)防止混凝土超冷,應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度。
?。?)防止老混凝土過(guò)冷,以減少新老混凝土間的約束。
(4)當(dāng)然砼沉縮裂縫在大體積砼(特別是泵送大流態(tài)砼)施工中也是非常多的。主要原因是振搗不密實(shí),沉實(shí)不足,或者骨料下沉,表層浮漿過(guò)多,砼澆筑后,沒(méi)有及時(shí)抹壓實(shí)(特別是初凝前的二次拌壓),且表面覆蓋不及時(shí),受風(fēng)吹日曬,表面水份散失快,產(chǎn)生干縮,砼早期強(qiáng)度又低,不能抵抗這種變形而導(dǎo)致開(kāi)裂。在施工中采用緩凝型泵送劑,延緩砼的凝結(jié)硬化速度,充分利用外加劑(特別是緩凝劑)的特性,適時(shí)增加抹加次數(shù),消除表面裂縫(特別是沉縮裂縫和初期溫度裂縫),特別是初凝前的抹壓,這對(duì)消除表面裂縫是非常有效的。
混凝土的早期養(yǎng)護(hù),主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達(dá)到兩個(gè)方面的效果,一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行,以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的?;炷系谋卮胧┏3R灿斜竦男Ч?。從理論上分析,新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失,從而推遲或防礙水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期,在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來(lái)。
四、結(jié)語(yǔ)
以上對(duì)混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的初步探討,雖然學(xué)術(shù)界對(duì)于混凝土裂縫的成因和計(jì)算方法有不同的理論,但對(duì)于具體的預(yù)防和改善措施意見(jiàn)還是比較統(tǒng)一,同時(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用效果也是比較好的,具體施工中要靠我們多觀察、多比較,出現(xiàn)問(wèn)題后多分析、多總結(jié),結(jié)合多種預(yù)防處理措施,混凝土的裂縫是完全可以控制在充許的范圍內(nèi)。
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