混凝土梁板施工裂縫的產(chǎn)生原因與防治
1 橋梁混凝土梁板施工裂縫產(chǎn)生的原因
1.1 原材料質(zhì)量不良引起的裂縫
混凝土主要由水泥、砂、粗骨料、拌和水和外加劑組成?;炷了捎玫脑牧腺|(zhì)量不合格,可能導(dǎo)致梁板出現(xiàn)裂縫。
1.1.1 水泥
使用不合格水泥會(huì)出現(xiàn)早期不規(guī)則的裂縫。
1.1.2 砂石材料
1) 砂石含泥量超標(biāo),不僅降低混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性,還會(huì)使混凝土干燥時(shí)產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。
2) 砂石的級(jí)配差,有的砂過(guò)細(xì),用這種材料拌制的混凝土常造成側(cè)面裂縫。
3) 堿骨料反應(yīng),骨料中含有酸性硅化物質(zhì)與水泥中的堿性物質(zhì)相遇,則會(huì)發(fā)生水硅反應(yīng)生成膨脹的膠質(zhì),吸水后造成局部膨脹和拉應(yīng)力,梁板就會(huì)產(chǎn)生爆裂狀裂縫。
1.1.3 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,采用含堿的外加劑,可能對(duì)堿骨料反應(yīng)也的影響。外加劑用量不當(dāng),造成混凝土早期強(qiáng)度過(guò)高或過(guò)低而產(chǎn)生的裂縫。
1.2 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫
混凝土梁板在澆注、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝過(guò)程中,若施工工藝不合理,質(zhì)量低劣,可能產(chǎn)生各種形式的裂縫,主要有以下幾種原因。
1) 設(shè)計(jì)配合比不合理或施工配合比與設(shè)計(jì)出入較大,混凝土振搗不密實(shí)、不均勻、出現(xiàn)蜂窩、麻面或空洞,是形成裂縫的起源點(diǎn)。
2) 混凝土澆注過(guò)快,混凝土流動(dòng)性較低,在硬化前因混凝土振搗不足,硬化后沉實(shí)過(guò)大,容易在澆注數(shù)小時(shí)后產(chǎn)生塑性收縮裂縫。
3) 混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間長(zhǎng),水分蒸發(fā)過(guò)多,引起混凝土坍落度過(guò)低,使得在混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。
4) 為保證混凝土的流動(dòng)性,增加水和水泥的用量,或其他原因加大水灰比,增大了坍落度,導(dǎo)致混凝土硬化時(shí)收縮量增加,使得混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫和水泥浮漿而產(chǎn)生龜裂。
5) 混凝土分層或分段澆注時(shí),接頭處理不好,使得在新舊混凝土的施工縫處出現(xiàn)裂縫。
6) 施工時(shí)模板剛度不足,在澆注混凝土?xí)r,因側(cè)向壓力的作用使得模板變形,從而產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。
7) 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。
8) 施工前對(duì)支架基礎(chǔ)壓實(shí)不足、支架剛度不夠或未按要求進(jìn)行荷載預(yù)壓或預(yù)壓荷載不足,澆注混凝土后支架發(fā)生不均勻下沉,導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。
9) 預(yù)制梁板在運(yùn)輸、堆放時(shí),支撐墊木不在一條垂直線上或距離理論支撐點(diǎn)相差太大,使得懸臂過(guò)長(zhǎng),或運(yùn)輸過(guò)程中劇烈顛撞,吊裝時(shí)吊裝點(diǎn)位置不當(dāng)引起結(jié)構(gòu)受力不合理而開(kāi)裂。
10) 混凝土初期養(yǎng)護(hù)不好,致使表面急劇干燥,使得混凝土與大氣接觸面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。
11) 施工人員操作不當(dāng),質(zhì)量意識(shí)差,不能很好貫徹技術(shù)人員的意圖。
1.3 溫度變化引起的裂縫
混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì),當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化時(shí),混凝土將發(fā)生變形,若變形遇到約束,則在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(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。引起溫度裂縫的主要原因有以下幾種。
1.3.1 驟然降溫
梁板在施工中,突降大雨、冷空氣襲擊,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表溫度突然下降,但因內(nèi)部溫度變化相對(duì)較慢而產(chǎn)生溫度裂縫。
1.3.2 水化熱
在施工過(guò)程中,如混凝土體積較大或?yàn)橼s進(jìn)度,提高混凝土早期強(qiáng)度,致使水泥水化放熱集中在早期很短時(shí)間內(nèi),結(jié)構(gòu)物內(nèi)部溫度很高,體表散熱緩慢,施工中未采取或采取的散熱技術(shù)措施又不當(dāng),內(nèi)外溫差太大,致使表面出現(xiàn)裂縫。
1.3.3 夏季高溫及冬季低溫施工時(shí)采取措施不當(dāng)
冬夏季施工時(shí),如采取的技術(shù)措施不當(dāng),升溫降溫速度太快,使混凝土驟冷驟熱,結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度不均,而出現(xiàn)裂縫。
1.4 外部荷載引起的裂縫
梁板混凝土在未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí),受到外部荷載的影響或外部荷載對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)允許拉應(yīng)力,使得構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。主要有以下幾種情況。
1) 梁板在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉時(shí),混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度或張拉力超過(guò)控制張拉力太多。
2) 以提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)來(lái)彌補(bǔ)設(shè)計(jì)要求的張拉或放張控制強(qiáng)度,使得混凝土在齡期很短的情況下承受較大荷載。
3) 預(yù)制梁板隨意翻轉(zhuǎn)、起吊、運(yùn)輸、安裝,使構(gòu)件受力不合理。
4) 在未進(jìn)行鋪裝的梁板上堆放材料或停放施工機(jī)械,會(huì)造成局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂縫。
2 橋梁混凝土梁板施工裂縫的預(yù)防措施
2.1 控制好混凝土原材料的質(zhì)量和混凝土配合比的選擇
2.1.1 水泥
水泥應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),選用水泥時(shí),應(yīng)以能使所配制的混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求、收縮性小、和易性好和節(jié)約水泥為原則。同時(shí)應(yīng)注意其特性對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久性和使用條件是否有不利影響。
2.1.2 細(xì)骨料
要求采用級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、顆料干凈、粒徑小于5mm,并盡量使用河砂。砂中雜質(zhì)的含量應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定,其最大含量不宜超過(guò)規(guī)范的規(guī)定。
2.1.3 粗骨料
應(yīng)采用堅(jiān)硬的碎石,由于梁板的鋼筋一般比較密,要嚴(yán)格控制骨料的粒徑,盡可能采用連續(xù)級(jí)配,施工前應(yīng)對(duì)所用碎石進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)。
2.1.4 拌和水及外加劑
拌制混凝土的用水不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)或油脂、糖類(lèi)及游離酸類(lèi)等。如需添加外加劑,則應(yīng)根據(jù)外加劑的特點(diǎn),結(jié)合使用目的和混凝土澆注時(shí)的季節(jié)環(huán)境來(lái)確定外加劑的使用品種。使用前應(yīng)復(fù)驗(yàn)其效果,摻量要準(zhǔn)確。
2.1.5 合理選擇混凝土配合比
在配制混凝土配合比時(shí)應(yīng)考慮施工季節(jié)、結(jié)構(gòu)形狀、模板形式、混凝土強(qiáng)度等級(jí)等因素對(duì)梁板抗裂性能的影響。
在施工中,施工單位往往只注重混凝土強(qiáng)度而忽視其變形特性和工作性,而混凝土變形特性和工作性恰好是混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因所在。
2.2 提高施工工藝質(zhì)量
2.2.1 要注意支架和模板的沉陷及變形
支架沉陷、模板變形是引起早期裂縫的原因之一,對(duì)于現(xiàn)澆梁板,支架及模板心須進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和荷載預(yù)壓; 預(yù)制梁板要對(duì)預(yù)制場(chǎng)地進(jìn)行硬化處理和做好排水措施,防止地基下沉。
2.2.2 確?;炷恋陌韬唾|(zhì)量
拌制混凝土配料時(shí),各種衡器應(yīng)保持準(zhǔn)確。混凝土拌和物應(yīng)拌和均勻,顏色一致,不得有離析和泌水現(xiàn)象。混凝土拌和物的坍落度,應(yīng)在攪拌地點(diǎn)和澆注地點(diǎn)分別取樣檢測(cè),同時(shí)還應(yīng)觀察其粘聚性和保水性。
2.2.3 提高混凝土的澆注工藝
1) 澆注混凝土?xí)r,除少量塑性混凝土可用人工搗實(shí)外,宜采用振動(dòng)器械搗實(shí)。如采用附著式振動(dòng)器,其布置間距,還應(yīng)根據(jù)梁板的形狀及振動(dòng)器械性能等情況并通過(guò)試驗(yàn)確定。
2) 混凝土澆注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,如因故必須間斷時(shí),其間斷時(shí)間應(yīng)小于前層混凝土的初凝時(shí)間或重塑時(shí)間。如需設(shè)置施工縫時(shí),宜留在受剪力和彎矩小且便于施工的部位,并在下次施工時(shí)對(duì)施工縫進(jìn)行妥善處理。
2.2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉應(yīng)嚴(yán)格按程序進(jìn)行在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉時(shí),必須嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行,對(duì)于張拉時(shí)間的按排,除考慮混凝土的強(qiáng)度外,還應(yīng)參考混凝土的齡期或混凝土的成熟度兩個(gè)指標(biāo),這樣才能取得比較好的張拉效果。
2.2.5 做好混凝土的養(yǎng)護(hù)
混凝土養(yǎng)護(hù)的好壞直接關(guān)系到是否出現(xiàn)收縮或溫度裂縫的重要環(huán)節(jié),一般混凝土澆注后,應(yīng)在收漿后盡快給予覆蓋和灑水養(yǎng)護(hù)。每天灑水?dāng)?shù)次以保持混凝土表面經(jīng)常處于濕潤(rùn)狀態(tài)。
2.3 加強(qiáng)夏季高溫和冬季低溫時(shí)梁板施工的保護(hù)措施對(duì)于在夏季高溫和冬季低溫狀態(tài)下施工的混凝土梁板,除按正常要求施工外,還要根據(jù)實(shí)際情況采取多種有效措施以預(yù)防混凝土開(kāi)裂。
3 橋梁混凝土梁板施工裂縫的治理方法出現(xiàn)施工裂縫的混凝土梁板,除報(bào)廢外,對(duì)于可以利用的梁板,一般可采用以下幾種常用方法進(jìn)行修補(bǔ)處理。
3.1 環(huán)氧膠粘劑修補(bǔ)裂縫
用環(huán)氧膠粘劑修補(bǔ)混凝土裂縫時(shí),應(yīng)先對(duì)裂縫進(jìn)行處理。一般沿裂縫鑿嵌槽與鑿毛工藝相結(jié)合進(jìn)行。嵌槽系用人工手釬鑿成。要求平正而粗糙,嵌槽形狀多為V形,其寬度、深度視裂縫大小而定。當(dāng)裂縫開(kāi)度<0.1mm時(shí),嵌槽深2cm,寬4cm; 裂縫開(kāi)度為0.1~0.5mm 時(shí),嵌槽深2.5cm,寬4.5cm; 裂縫開(kāi)度1mm 左右時(shí),嵌槽深2.5cm,寬5cm。
嵌槽鑿好后,用鋼絲刷刷去石粉、松動(dòng)顆粒和混凝土表面的污垢,然后用水沖洗。若混凝土表面含有油污,則用丙酮、甲苯、二甲苯等有機(jī)劑洗凈,然后用高溫?zé)襞?、電熱吹風(fēng)或噴燈等用具烘干。裂縫中如有滲水,則必須止住滲水后,再干燥之,否則影響粘結(jié)力。
裂縫嵌槽處理好后,先在槽內(nèi)用鬃刷涂上一層環(huán)氧基液。厚度控制在1mm 之內(nèi),要求全面涂抹均勻,凹洞及槽壁均不可遺漏。然后在槽內(nèi)回填環(huán)氧砂漿,回填時(shí)要充分搗實(shí)、抹平、最后再涂刷一層環(huán)氧基液。
當(dāng)立面或頂面嵌填環(huán)氧砂漿時(shí),須用貼有塑料薄膜或廢紙的木板加以支撐穩(wěn)定,防止環(huán)氧砂漿蠕動(dòng)或流淌。待固化拆模后,再涂一層環(huán)氧基液。
裂縫采用環(huán)氧膠粘劑修補(bǔ)后,要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)固化。固化速度與溫度成正比關(guān)系。
在較高溫度下養(yǎng)護(hù)固化,能保證環(huán)氧樹(shù)脂的機(jī)械強(qiáng)度和各種性能。養(yǎng)護(hù)溫度宜控制在15~35°C 之間,氣溫較低時(shí),必須采取加溫措施。養(yǎng)護(hù)固化期間內(nèi),應(yīng)避免雨水侵入。
3.2 灌漿封閉
將結(jié)構(gòu)物的裂縫或空隙與外界封閉,留出進(jìn)漿口和排氣孔,然后將一定的高強(qiáng)膠結(jié)材料配制成較低粘度的漿液,用壓縮泵以一定的壓力將漿液壓入縫隙內(nèi),使其在裂縫內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散、膠凝固化,以達(dá)到加固或恢復(fù)原來(lái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目的。
3.3 表面噴漿修補(bǔ)
表面噴漿修補(bǔ)是在經(jīng)鑿毛處理后的裂縫表面,噴射一層密實(shí)而且強(qiáng)度較高的水泥砂漿保護(hù)層來(lái)封閉裂縫的一種修補(bǔ)方法。根據(jù)裂縫的部位、性質(zhì)和修理要求與條件,可采用無(wú)筋素噴漿或掛網(wǎng)噴漿結(jié)合鑿槽嵌補(bǔ)等修補(bǔ)方法。
首先應(yīng)將需要噴漿的混凝土結(jié)構(gòu)表面仔細(xì)敲擊,將已破碎的混凝土碎碴清理干凈。在有缺陷的部位應(yīng)適當(dāng)鑿除后再進(jìn)行修補(bǔ),如有露筋的地方尚須清除鋼筋的鐵銹。在噴射前要用水將結(jié)構(gòu)表面沖洗干凈,并保持噴射面的濕潤(rùn)狀態(tài)。
3.4 柔性表面封閉
對(duì)于容易活動(dòng)的窄小裂縫,如不要求美觀,可用柔性表面封閉材料封閉裂縫。首先將裂縫鑿開(kāi),并用噴砂法或水氣噴射法或兩者兼用將裂縫內(nèi)部清理干凈,然后用柔性封閉劑,如聚乙烯條、壓縮膠貼等材料充填。
3.5 鋼板粘貼修補(bǔ)
用環(huán)氧基液粘結(jié)劑涂敷在鋼板上,然后將其壓貼于裂縫位置上。一般工序如下:
1) 對(duì)鋼板進(jìn)行表面處理,按所需尺寸切割好鋼板,再用打磨機(jī)研磨平整并將銹蝕徹底清除,使鋼板表面露出鋼的肌體; (2) 對(duì)混凝土表面進(jìn)行修鑿,去掉表面層,使其露出新鮮的混凝土,并須處理平整; (3) 用丙酮或二甲苯擦洗修補(bǔ)部位的混凝土面及鋼板面,以便去掉粘結(jié)面的油脂和灰塵;(4) 在鋼板和混凝土粘結(jié)面上均勻涂刷環(huán)氧基液粘結(jié)劑; (5) 用方木、角鋼和固定螺栓等均勻地進(jìn)行加壓粘貼; (6) 養(yǎng)護(hù)到所需時(shí)間,拆除壓貼用的方木、角鋼等支架材料; (7) 在鋼板表面上再涂刷養(yǎng)護(hù)涂料,如鉛丹或其他防銹油漆。
4 結(jié)語(yǔ)
雖然多年來(lái)混凝土梁板的施工裂縫一直是施工中最常見(jiàn)和難以克服的弊病,但只要在施工中對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)和工序嚴(yán)格把關(guān),還是能夠克服和減少的。
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