一、前言
近年来,随着我国公路工程和城市交通工程建设的迅猛发展,各种类型桥梁建设的数量越来越多、规模也越来越大,尤其反应在现代高速公路以及城市高架道路上;桥梁不仅在工程规模上十分巨大,而且也往往是保证全线通车的关键,是交通运输的咽喉。对桥梁结构的安全性、耐久适用性及美观性都提出了更高的要求。而混凝土开裂现象可以说是桥梁建设中的“常见病”和“多发病”,特别是北方地区的冬季施工中经常发生。现就冬季施工中桥梁裂缝产生的原因进行分析、总结,以便在设计中找出可行的办法、在施工监理中进行有效的控制,以达到有效防范、防治的目的。
二、温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩的性质,当外部环境或结构内部温度发生变化,混凝土将发生变形,若变形遭到约束,则在结构内产生的应力超过混凝土抗拉强度时,即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中,温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其它裂缝特征是将随温度变化而扩张或合拢。
1.突然降温。北方地区温差较大,冷空气来袭,突降大雨或雪,日落等可导致结构外表温度突然下降,但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度骤然降温。
内力计算时可采用设计规范或参考实桥资料进行,混凝土弹性模量不考虑折减。
2.年温差。一年中四季温度不断变化,但变化相对缓慢,北方地区在上半年4~5月份、下半年9~10月份温度变化较大。年温差对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移,一般通过桥面伸缩装置或设置柔性墩等构造措施相协调。只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝,例如拱桥、刚架桥等。
考虑到混凝土的蠕变特性,年温差内力计算时混凝土弹性模量应考虑折减。
3.地基冻胀。在低于零度的条件下含水率较高的地基土因冰冻膨胀,一旦温度回升,冻土融化,地基下沉。由于地基的冰冻造成不均匀沉降而引起桥梁裂缝。
4.混凝土冻胀。气温低于零度时,吸水饱和的混凝土出现冰冻,游离的水转变成冰,体积膨胀9%,因而混凝土产生膨胀应力;同时混凝土产生的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压,使混凝土中膨胀力加大,混凝土强度降低,并导致裂缝的出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重,成龄后混凝土强度损失可达30~50%。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施,会发生沿管道方向的冻胀裂缝。
温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件,当混凝土中骨料空隙多、吸水性强,骨料中含泥等杂质过多,水灰比偏大,振捣不密实,养护不力使混凝土早期受冻等,均可能导致混凝土冻胀裂缝。冬季施工时,采用电气加热法,暧棚加热法,蓄热法、蒸汽加热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂(氯盐不宜使用),可保证混凝土在低温或负温条件下硬化。
三、混凝土收缩引起的裂缝
在实际工程施工中,混凝土因收缩而引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是造成混凝土开裂的主要原因,另外还有自生收缩和炭化收缩。
塑性收缩。发生在施工过程中混凝土浇筑后4~5小时左右,此时水泥水化反应激烈,分子链逐步形成,出现泌水和水分急剧下降,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大,可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶板交接处,因硬化前沉实不均匀,混凝土表面顺腹板方向裂缝。为了减小混凝土的塑性收缩,施工时应控制水灰比,避免过长时间的搅拌,下料不宜太快,振捣要密实,变截面处宜分层浇筑。
缩水收缩。混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,因表层水分损失快,内部损失慢,因此产生表面收缩大,内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面承受拉力。当表面混凝土拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩,如配筋率较大(超过3%),钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,混凝土表面容易出现龟裂裂纹。
四、其他原因引起的裂缝
荷载引起的裂缝、地基变形引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、施工材料质量引起的裂缝以及施工工艺质量引起的裂缝等,这里就不一一叙述了。
五、冬期施工中应注意的事项及质量控制要点
冬期施工是指根据当地多年气温资料,室外日平均气温连续5d低于5℃时混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土及砌体工程的施工。
在冬期施工中应特别注意以下方面:
1.混凝土配制和搅拌
(1)配制混凝土时,宜优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,强度等级不宜低于42.5,水灰比不宜大于0.5。
(2)浇筑混凝土宜掺用引气剂、引气剂型减水剂等外加剂,以提高混凝土的抗冻性。
(3)拌制混凝土的各项材料的温度,应满足混凝土拌和物搅拌合成后所需要的温度。当材料原有温度不能满足需要时,应首先考虑对拌和用水加热,仍不能满足需要时,再考虑对集料加热。
(4)冬期搅拌混凝土时,骨料不得带有冰雪和冰结团块。严格控制混凝土的配合比和坍落度;投料前,应先用热水或蒸汽冲洗搅拌机,投料顺序为骨料、水搅拌,再加水泥搅拌,时间应较常温时延长50%。混凝土拌和物的出机温度不宜低于10℃,入模温度不得低于5℃。
1.混凝土运输和浇筑
(1)混凝土运输时间应尽可能缩短,运输混凝土的容器应有保温措施。
(2)混凝土在浇筑前应清除模板、钢筋上的冰雪和污垢,保证成型开始养护时的温度。
(3)冬期施工接缝混凝土时,在新混凝土浇筑前应加热使接合面有5℃以上的温度,直至新浇筑混凝土获得规定的抗冻强度。
(4)浇筑预应力混凝土构件的湿接缝时,宜采用热混凝土或热水泥砂浆,并降低水灰比。浇筑完成后应加热或连续保温养护,直至接缝混凝土或水泥砂浆抗压强度达到设计强度的75%。
(5)预应力混凝土的孔道压浆应在正温下进行,灌浆应密实,封锚应及时,防止锚具锈蚀。
2.混凝土的养护
当气温较低时,结构表面系数较大,蓄热法不能适应强度增长速度的要求时,可根椐具体情况,选用蒸汽加热、暧棚加热或电加热等方法。
3.钢筋的焊接、冷拉及张拉
(1)焊接钢筋宜在室内进行,当必须在室外进行时,最低温度不宜低于-20℃;当采用控制应力或冷拉率方法冷拉时,冷拉控制应力宜较常温时酌予提高,但不得超过30MPa。
(2)冷拉钢筋时的温度不宜低于-15℃。
(3)张拉预应力钢材时的温度不宜低于-15℃。
(4)根据环境温度选用冷拉、张拉设备及仪表工作油液。
六、归纳总结
一座桥梁从建成到使用,涉及到设计、施工、监理及运营管理等方面。还应在日常养护检查的基础上,加强调查评估和检算评估;现场调查、收集资料、建立档案,进行现状表观检测、现桥材料强度
参考文献
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