混凝土橋梁裂縫病害的成因分析
2015-05-15
隨著科技的不斷發(fā)展，許多新材料、新技術(shù)被廣泛使用于公路橋梁中。但混凝土因其取材廣泛、抗壓強(qiáng)度高、可塑性好，并且耐火性好、不易風(fēng)化、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今世界建筑結(jié)構(gòu)中使用最廣泛的建筑材料?；炷磷钪饕娜秉c(diǎn)是抗拉能力差，容易開裂。其實(shí)，如果采取一定的設(shè)計(jì)和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。
在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，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。混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫病害的原因，大致可劃分如下幾種：
一、 荷載引起的裂縫
1、橋梁直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的原因有：
?。?）、設(shè)計(jì)計(jì)算階段，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)荷載少算或部分漏算；結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際受力不符；內(nèi)力與配筋計(jì)算錯(cuò)誤；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)與施工的脫節(jié)；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。
?。?）、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)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；混凝土未達(dá)到強(qiáng)度要求時(shí)就進(jìn)行上部施工等。
?。?）、使用階段，超出設(shè)計(jì)載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸等。
2、橋梁次應(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：
?。?）、在設(shè)計(jì)外荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)物實(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)開裂。
?。?）、橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要鑿槽、開洞、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，應(yīng)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O(shè)置錨頭，而在錨頭斷面附近經(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。
二、溫度變化引起的裂縫
橋梁結(jié)構(gòu)能夠觀察到的嚴(yán)重裂縫損害，很多都是由于溫度引起的內(nèi)應(yīng)力和約束應(yīng)力所造成的?；炷辆哂袩崦浝淇s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，若變形受到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。
以下情況易產(chǎn)生溫度裂縫：薄、厚構(gòu)件的連接處易發(fā)生裂縫：在箱形橋梁中，當(dāng)橋面板的溫度與底板的溫度有較大差別時(shí)，箱形梁腹板處容易開裂；澆注大體積混凝土?xí)r，由于產(chǎn)生水化熱，致使混凝土內(nèi)外溫度差過大，使得混凝土表面開裂；混凝土在降溫收縮時(shí)受到約束，內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，混凝土也容易開裂。此外，蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，也易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。
三、 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)層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，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增長(zhǎng)約2-4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹蝕滲到混凝土表面。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)其他形式的裂縫，加據(jù)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)規(guī)范振搗，保證混凝土的密實(shí)性，保證鋼筋與混凝土緊密結(jié)合；無(wú)隔離氣泡。
四、 施工方法及材料質(zhì)量引起的裂縫
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)以及在混凝土拌合水中摻入防凍劑；但不宜使用氯鹽，可保證混凝土在低溫或負(fù)溫條件下硬化，以減小混凝土凍脹裂縫的可能性。
在橋梁下部結(jié)構(gòu)施工中，常采用對(duì)拉螺栓來固定模板。對(duì)拉螺栓下表面常形成一道貫穿性的毛細(xì)孔，這種毛細(xì)孔在外部水壓力作用下，將產(chǎn)生滲水現(xiàn)象，也即為發(fā)生凍脹裂縫提供了條件。因此，下部結(jié)構(gòu)施工中，應(yīng)盡量減少對(duì)拉螺栓的使用，或模板拆除后應(yīng)及時(shí)用砂漿堵牢。
嚴(yán)格控制混凝土原材料的質(zhì)量，特別注意控制骨料的含泥量，含泥量的增加會(huì)大大降低混凝土的抗拉強(qiáng)度。應(yīng)注意振搗，在施工條件的允許下宜進(jìn)行二次振搗，以提高混凝土的抗裂性，同時(shí)還可有效防止塑性裂縫。采用合理的養(yǎng)護(hù)措施，如采用冷卻水管進(jìn)行外蓄內(nèi)散綜合養(yǎng)護(hù)措施，實(shí)行信息化自動(dòng)控制。
為防止由于氣候干燥、初期養(yǎng)護(hù)不好、混凝土凍漲以及大氣溫度變化產(chǎn)生的裂縫，加強(qiáng)混凝土在凝結(jié)硬化過程中的自熱養(yǎng)護(hù)、蓄熱養(yǎng)護(hù)、采用引氣劑使混凝土內(nèi)部氣泡均勻分布以及采用預(yù)留溫度伸縮縫等措施。
施工過程要加強(qiáng)管理，嚴(yán)格控制質(zhì)量?；炷翞⑺B(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，尤其注意早期養(yǎng)護(hù)，在有條件的情況下，可噴灑養(yǎng)護(hù)劑，這樣可有效地防止干縮裂縫和塑性裂縫的出現(xiàn)。
為減小混凝土塑性收縮，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格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)控制含氯鹽的外加劑用量，沿海地區(qū)或其他存在腐蝕性強(qiáng)的空氣、地下水區(qū)更應(yīng)慎重。
為減小大體積混凝土表面出現(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；降低骨料入模溫度，提高混凝土表面溫度，縮小內(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。
五、混凝土橋梁裂縫病害的處理建議
1是表面處理法：包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法，表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫，深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫，不漏水的裂縫，不伸縮的裂縫以及不再活動(dòng)的裂縫。表面貼補(bǔ)法適用于大面積漏水的防滲堵漏。
2是灌漿法；此法應(yīng)用范圍廣，從細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。
3是結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法；因超荷載產(chǎn)生的裂縫，裂縫長(zhǎng)時(shí)間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低，火災(zāi)造成裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法，錨固補(bǔ)強(qiáng)法，預(yù)應(yīng)力法等。
4是混凝土裂縫處理效果的檢查；包括修補(bǔ)材料試驗(yàn)，鉆芯取樣試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)，壓氣試驗(yàn)等。
由上述可知，設(shè)計(jì)疏漏，施工低劣，監(jiān)理不力，均可能使混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫。通過對(duì)產(chǎn)生裂縫病害的成因分析，采取切實(shí)可行的處理方法，在運(yùn)營(yíng)管理過程中，進(jìn)一步加強(qiáng)巡查和管理，盡量做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，保證橋梁壽命持久，也是相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。
