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浅析桥梁工程中混凝土裂缝产生的原因

收录时间:2009-06-11 13:19 来源:建筑中文网  作者:何金涛,王玉峰  阅读:0次 评论:0我要评论

内容提示:为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识,尽量避免工程中出现危害较大的裂缝,本文分析了桥梁结构中混凝土裂缝的种类和产生原因,以方便设计、施工找出控制裂缝的可行办法,达到防范于未然的作用。

延伸阅读:原因 桥梁工程 混凝土裂缝

摘要:为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识,尽量避免工程中出现危害较大的裂缝,本文分析了桥梁结构中混凝土裂缝的种类和产生原因,以方便设计施工找出控制裂缝的可行办法,达到防范于未然的作用。
    关键词:桥梁工程 混凝土裂缝 原因
    0 引言
    混凝土桥梁因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状,并且耐火性好、不易老化、养护费用低,成为当今世界桥梁结构中使用最广泛的建筑材料。然近年来,因出现裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的报道屡见不鲜。为了进一步加强对混凝土桥梁裂缝的认识,尽量避免工程中出现危害较大的裂缝,本文尽可能地对混凝土桥梁裂缝的种类和产生原因作较全面的分析。
    1 荷载引起的裂缝
    荷载裂缝是指混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝,主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。(参考《建筑中文网
    1.1 由外荷载引起的直接应力产生的裂缝被称为直接应力裂缝,其产生原因:
    1.1.1 设计计算阶段,结构计算时不计算或部分漏算;计算模型不合理;结构受力假设与实际受力不符;荷载少算或漏算;内力与配筋计算错误;结构安全系数不够。
    1.1.2 施工阶段,不加限制地堆放施工机具、材料;不了解预制结构结构受力特点,随意翻身、起吊、运输、安装;不按设计图纸施工,擅自更改结构施工顺序,改变结构受力模式;不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。
    1.1.3 使用阶段,超出设计载荷的重型车辆过桥;受车辆、船舶的接触、撞击;发生大风、大雪、地震、爆炸等。
    1.2 由外荷载引起的次生应力产生裂缝被称为次应力裂缝,其产生原因:
    1.2.1 在设计外荷载作用下,由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑,从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。
    1.2.2 桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等,在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算,一般根据经验设置受力钢筋。若处理不当,在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。
    2 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时,混凝土将发生变形,若变形遭到约束,则在结构内将产生应力,当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最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化的主要因素有年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当等。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。
    3 收缩引起的裂缝
    在实际工程中,混凝土因收缩所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)是发生混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和炭化收缩。
    3.1 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,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,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。为减小混凝土塑性收缩,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,竖向变截面处宜分层浇筑。
    3.2 缩水收缩(干缩)。
    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,称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快,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,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。
    3.3 自生收缩。
    自生收缩是混凝土在硬化过程中,水泥与水发生水化反应,这种收缩与外界湿度无关,且可以是正的(即收缩,如普通硅酸盐水泥混凝土),也可以是负的(即膨胀,如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土)。
    3.4 炭化收缩。
    大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生,且随二氧化碳的浓度的增加而加快。
    4 地基础变形引起的裂缝
    由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移,使结构中产生附加应力,超出混凝土结构的抗拉能力,导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有:
    4.1 地质勘察精度不够、试验资料不准。
    4.2 地基地质差异太大。建造在山区沟谷的桥梁,河沟处的地质与山坡处变化较大,河沟中甚至存在软弱地基,地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。
    4.3 结构荷载差异太大。
    4.4 结构基础类型差别大。同一联桥梁中,混合使用不同基础如扩大基础和桩基础,或同时采用桩基础但桩径或桩长差别大时,或同时采用扩大基础但基底标高差异大时,也可能引起地基不均匀沉降。 4.5 分期建造的基础。
    4.6 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。因此地基的冰冻或融化均可造成不均匀沉降。
    4.7 桥梁基础置于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时,可能造成不均匀沉降。
    4.8 桥梁建成以后,原有地基条件变化。
    5 施工材料质量引起的裂缝
    混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格,可能导致结构出现裂缝。
    5.1 水泥
    5.1.1 水泥安定性不合格,水泥中游离的氧化钙含量超标。氧化钙在凝结过程中水化很慢,在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用,可破坏已硬化的水泥石,使混凝土抗拉强度下降。
    5.1.2 水泥出厂时强度不足,水泥受潮或过期,可能使混凝土强度不足,从而导致混凝土开裂。
    5.1.3 当水泥含碱量较高(例如超过0.6%),同时又使用含有碱活性的骨料,可能导致碱骨料反应。
    5.2 砂、石骨料
    砂石粒径太小、级配不良、空隙率大,将导致水泥和拌和水用量加大,影响混凝土的强度,使混凝土收缩加大,如果使用超出规定的特细砂,后果更严重。砂石中云母的含量较高,将削弱水泥与骨料的粘结力,降低混凝土强度。砂石中含泥量高,不仅将造成水泥和拌和水用量加大,而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。砂石中有机质和轻物质过多,将延缓水泥的硬化过程,降低混凝土强度,特别是早期强度。
    5.3 拌和水及外加剂
    拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。
    6 施工工艺质量引起的裂缝
    在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理、施工质量低劣,容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异,比较典型常见的有:
    6.1 混凝土保护层过厚,或乱踩已绑扎的上层钢筋,使承受负弯矩的受力筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝;
    6.2 混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面、空洞,导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。
    6.3 混凝土搅拌、运输时间过长,使水分蒸发过多,引起混凝土塌落度过低,会出现不规则的收缩裂缝;混凝土浇筑过快,流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝,既塑性收缩裂缝。
    6.4 混凝土初期养护时急剧干燥,使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的 收缩裂缝。
    6.5 用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,使得混凝土体积上出现不规则裂缝。
    6.6 混凝土分层或分段浇筑时,接头部位处理不好,易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。
    7 结束语
    综上所述,设计疏漏、施工低劣、监理不力均可能使混凝土桥梁出现裂缝。只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响,还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。 来源: 《建筑中文网》.

原文网址:http://www.pipcn.com/research/200906/13274.htm

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