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經濟的飛速發(fā)展、溝通的日益密切,需要便捷的交通條件來維系,近些年我國的公路橋梁工程建設呈現欣欣向榮的發(fā)展狀態(tài),與其它建筑一起構成了和諧現代化的城市景觀?;炷潦菓糜跇蛄汗こ痰幕A材料之一,取材廣泛、耐火性好、性價比高,但其韌性較差,在施工過程中易出現裂縫,是橋梁工程后期的重要病害來源,會影響構件防滲、鋼筋防銹,甚至縮短公路橋梁的使用壽命,是關乎人民生命財產安全的重要問題,對其成因進行分析并探討裂縫防治技術具有重要實踐意義。
混凝土橋梁裂縫按不同標準可以有許多劃分形式,依據性質劃分是比較通用的一種,即結構性與非結構性兩類。前者又分為設計結構性裂縫與施工結構性裂縫兩種;后者則包括塑性裂縫、龜裂縫、長期干裂縫、溫差裂縫等侵害性裂縫。此外,可依據裂縫形狀進行分類,包括表面裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、貫穿裂縫等。
(1)混凝土自身材料問題
石砂、水泥、骨料及拌合水是構成混凝土的主要原材料,若選用的這些材料不合乎工程標準,在配置過程中又未能及時發(fā)現,則會導致施工混凝土裂縫的形成。其中,若選擇的砂石孔隙率較大,則必須增加水泥與拌合水的量來維持混凝土的和易性,而拌合水增加過多,會導致混凝土硬度減小、收縮力增加,進而容易產生裂縫;而砂石原料中若云母成分較多,則會降低水泥的粘合力,使得混凝土強度變低;若砂石中含泥量較多,一方面會增加拌合水與水泥的用量,另一方面也會降低其抗凍性能與防滲性能。此外,為了提高混凝土質量,通常會添入適量外加劑,若這些外加劑中氯化物含量較高,則很容易造成鋼筋材料銹蝕,進而導致公路橋梁出現病害現象。
(2)荷載作用
荷載裂縫通常是橋梁在靜荷載、動荷載和次應力作用下產生的裂縫現象,具有多種表現形式。其中,當垂直荷載過大時,混凝土結構上方受到拉應力、下方受到壓應力,在此彎曲應力作用下,易產生較大裂縫;對于公路橋梁而言,動荷載作用更為明顯,在長期過往車輛超載或行車頻率過高的情況下,混凝土橋梁會逐步發(fā)生損傷直至出現無法修復的現象。這種情況早期不易發(fā)現問題,但經過一段時間的病害演變,車輛通過時可觀察到裂縫,車輛通過后裂縫消失,隨著病害的擴大化,在車輛通行后裂縫依然可觀察到,此時,混凝土結構已經發(fā)生嚴重的開裂現象,給修補工作帶來極大困難。
(3)混凝土收縮
這是最為普遍的一種混凝土裂縫產生原因,包括塑性收縮、縮水收縮、碳化收縮、自生收縮等形式,其中,塑性收縮與縮水收縮是最為主要的影響因素?;炷了^程一般在澆筑4~5 小時后趨于明顯,水分開始急劇蒸發(fā)、骨料迅速下沉,而硬化過程尚未結束,這時發(fā)生的收縮現象稱之為塑性收縮;而混凝土初步硬化結束后,表面的水分也會逐漸流失,溫度降低的同時體積隨之縮小,稱之為縮水收縮。在這一系列過程中,混凝土結構內外收縮比率不同,表面收縮大于內部收縮,故表面會承受一定的拉應力,若混凝土配置比未控制好,此拉力強度可能超過表面抗拉伸強度,從而產生收縮裂縫。
(4)溫度變化與凍脹因素
混凝土橋梁所處的外部環(huán)境是在不斷變化之中的,而其內部結構的溫度也并非一成不變,在溫度發(fā)生變化的情況下,混凝土結構會出現熱脹冷縮現象,從而導致形變,由此引發(fā)內部結構的拉應力,當這種應力強度超過混凝土自身所能承受的限度時,就會產生溫變裂縫。而與其它因素形成的裂縫具有明顯區(qū)別的是,這種裂縫會隨著溫度變化而變化,合攏或者是擴張。為此,結合前文所述的混凝土收縮現象,應選擇水化后放熱較低的水泥種類,降低混凝土內外溫差。此外,當公路橋梁所處環(huán)境溫度降至零點以下時,混凝土吸水飽和,游離在其中的水分會凍結成冰,體積膨脹,混凝土受到來自內部的膨脹應力,加之過冷水導致的內部結構遷移現象,滲透壓增大,進一步增加膨脹力,進而導致混凝土混凝土強度大幅下降,造成嚴重后果。
(5)施工工藝質量
施工工藝質量引起的裂縫來自多方面:①在地基未壓實的情況下,橋梁基礎承載力未達標,澆筑混凝土后支架會產生不均勻沉降現象,給混凝土結構帶來外加應力;②支架強度及穩(wěn)定性不足的情況下,澆筑混凝土會導致模板變形,進而產生混凝土裂縫;③混凝土配置比未合實際需求、攪拌時間過長,混凝土和易性降低,埋下隱患。
優(yōu)化設計過程主要面向荷載裂縫的預防,避免結構突變、斷面突變現象的出現,若必須使用,應計劃好細部處理的方式,例如將直角連接變?yōu)閳A角、增加斜向鋼筋等,力求將突變轉化為漸變過渡的形式。而為了預防溫度變化引起的裂縫現象,也可采取增加構造鋼筋的方式,特別對于厚度在60 厘米以下的薄壁結構來說,提高其抗裂性是十分重要的。
施工材料的選擇是影響混凝土質量及使用壽命的關鍵性因素之一,同時又是一個相對可控的因素,要求施工方依據設計指標與實際情況合理選擇水泥品種,嚴格控制骨料用量,盡量減小水灰比,選用性能好的外加劑。
科學的施工環(huán)節(jié)是預防混凝土裂縫的有力措施,在施工前,方案設計中應對混凝土運輸、澆筑量、澆筑時間,施工縫間距、位置等進行設定。在變截面處或其它應力較小處設置垂直分割線,作為一次澆筑的范圍,保證過程中澆筑連續(xù)。而澆筑時間則應回避高溫氣候與晝夜溫差大的情況,避免混凝土成型過程中出現收縮裂縫。此外,鋼筋與模板的安裝位置也應精確設定,保證其安裝牢固度,避免混凝土澆筑引發(fā)其變形現象,對于鋼筋、模板表面的污物也應及時處理,保證其粘結力。澆筑過程中振搗棒應快插慢拔,準確把握振搗時間,盡量避免過振與漏振現象的發(fā)生。
(1)表面修補法,這是一種針對于比較穩(wěn)定的、對整體承載力沒有顯著影響的表面裂縫病害處理形式,具有簡單易行的特點,一般采用在裂縫表面涂抹泥漿或涂刷油漆、瀝青等措施進行處理;(2)灌漿封堵法,利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土裂縫中使其形成一個整體,進而起到加固混凝土結構的作用,主要針對于防滲需求的裂縫或對整體結構有影響的裂縫處理過程;(3)結構加固法,也是針對影響整體結構性能裂縫的一種有效處理方法,具體包括構件外包型鋼、預應力法加固、粘貼鋼板加固等形式;(4)電化學防護法,主要包括陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法等形式,通過外加電場引起的介質電化學作用,改變橋梁工程混凝土結構的外部環(huán)境狀態(tài),進而達到防腐目的,保護整體結構,延長公路橋梁使用壽命。
[1]趙忠英.淺談橋梁施工裂縫成因及防治措施[J].黑龍江科技信息,2013(25);
[2]夏季.公路橋梁施工中裂縫的成因及防治對策[J].中國高新技術企業(yè),2015(14).
[3]張鎮(zhèn).橋梁施工混凝土裂縫成因及防治[J].江蘇科技信息,2015(09).