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摘要:近年来，我国的桥梁工程建设日益增多，在建设的过程中墩身容易出现不同程度的裂缝，笔者根据工程实践,针对桥梁墩身产生裂缝的原因作出分析,并提出了相应的处理方法和控制措施。
关键词:桥梁墩身；裂缝；温度；控制
Abstract: in recent years, China's increasing bridge construction, in the course of building the different degree of the piers prone to crack, the author, based on the engineering practice, for bridge pier shafts to analysis the reason of crack on the, and put forward the corresponding processing method and control measures.
Keywords: bridge pier; Crack; Temperature; control
中图分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号：
裂缝是混凝土结构施工中普遍存在的现象。大体积混凝土出现的裂缝按深度的不同,分为表面裂缝、深层裂缝及贯穿裂缝三种。裂缝的成因复杂而繁多,比如设计原因、材料原因、施工原因、环境原因等等,有的裂缝是由多种因素相互影响而成。当混凝土结构发生裂缝时会影响混凝土的外观,破坏结构的整体性、耐久性、稳定性,严重者会发生质量安全事故,造成不必要的损失,尤其贯穿裂缝,其危害性是较严重的。因此,大体积混凝土结构的施工技术较复杂,施工时应十分慎重,采取有针对性的预防措施,有效地减少混凝土裂缝的发生和防止危害结构的裂缝产生。
1工程概述
某桥梁工程,桥墩形式为变截面两端头带圆弧破冰凌实体桥墩,混凝土为C30,F200,上截面尺寸为:上底长18.47m,宽1.47m，端头圆弧半径0.735m;下底长19m,宽2m,端头圆弧半径1m,墩身按1：0.05向上缩小,墩身高度5.3m,每个墩混凝土量170m3。在先期浇筑的几个桥墩拆模后,出现了不同程度的裂缝,裂缝宽度为0.2mm～0.5mm,其中墩帽、墩身还出现深层裂缝,且随着时间的推移,裂缝有增加的趋势。
2原因分析
2.1水泥水化热
大体积混凝土在水泥水化过程中会放出大量的热,主要集中在浇筑后的2d～5d左右,使混凝土内部温度升高,而混凝土内部和表面的散热条件不同,使混凝土内外截面形成温度梯度,特别是昼夜温差大时,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。这种裂缝通常出现在混凝土浇筑后3d～5d,初期是表面裂缝逐渐发展为深度裂缝,最终形成贯穿裂缝。
混凝土内部的温度与混凝土厚度、水泥品种及用量有关,混凝土愈厚,水泥用量愈大,水泥的水化热愈大,内部温度则愈高。所形成的温度应力与混凝土结构的尺寸相关,在一定尺寸范围内,混凝土结构尺寸愈大,温度应力也愈大,引起裂缝的可能性也愈大。这是大体积混凝土容易产生裂缝的主要原因。
该工程使用P.O42.5R的水泥为早强型普通硅酸盐水泥,早期强度增长较快,初期水化热比较集中。从混凝土自身来讲,配合比中水泥含量大,水化热大且墩身墩帽均为大体积混凝土,厚度超过1m、细长比大于10的大体积混凝土结构极易产生裂缝。
2.2 外界气温、湿度变化
外界气温的变化会影响大体积混凝土结构的施工。混凝土的内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系,外界气温愈高,混凝土的浇筑温度也就会愈高;如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度下降过快,会造成很大的温度应力,极易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响,外界的湿度降低会加速混凝土的干缩,也会导致混凝土裂缝的产生。
墩台施工时正值3月初,夜间气温较低,裂缝的出现与温差存在一定的关系。从施工的角度来说,墩身属大体积混凝土,其内部的水化热较集中且不易散发。混凝土体积从初期到后期随温度的变化而膨胀收缩,应加强混凝土的保温养护,使内部温度与表面温度温差不得超过25℃。外界环境温度与混凝土表面的温度亦不超过25℃,如温差超过25℃混凝土必然要产生裂缝。混凝土在拆模之后,应覆盖塑料布,双层岩棉被保温、保湿。
2.3 混凝土的收缩变形
1)施工时采用的商品混凝土每立方米砂用量845kg,碎石用量952kg,水灰比1：0.37,砂率为48%,石子粒径5mm～25mm,坍落度为18cm～20cm。预拌泵送混凝土的砂率大,坍落度大,由于细骨料的增多,减弱了混凝土之间的连接,裂缝的机会增多。2)现场质检人员对混凝土坍落度控制不严格,混凝土浇筑后多余水分会随着混凝土的硬化而蒸发,这种情况下出现干燥收缩裂缝和塑性收缩裂缝的可能性大大增加。3)水泥用量的增多也增大了产生裂缝的机会。集料含泥量大,也会增加混凝土的收缩,引起混凝土抗拉强度的降低,对混凝土抗裂不利。4)混凝土浇筑时操作不当,振捣不足或过振,振捣不足则导致塑性收缩裂缝和沉降收缩裂缝的增加,过振则导致干燥收缩裂缝和碳化收缩裂缝的增加。5)施工过程中为赶进度,对混凝土裂缝产生的原因认识不足,过早的拆除模板,模板拆除后,现场工作人员没有及时覆盖养生,致使混凝土的水分由表及里逐渐蒸发,从而出现干燥收缩裂缝。
3处理方法
表面裂缝:因其对结构力、耐久性和安全基本没有影响,一般不作处理。不明显的裂缝可用白水泥与普通水泥混合掺107胶,涂抹在混凝土裂缝表面,使硬化后的水泥浆色泽与混凝土色泽一致。
深层裂缝和贯穿裂缝:可以用风镐、风钻或人工将裂缝凿除,至看不见裂缝为止,凿槽断面为梯形时再在上面浇筑混凝土。限裂鋼筋,在处理较深的裂缝时,一般是在混凝土已充分冷却,在裂缝上铺设1层～2层的钢筋后再继续浇筑新混凝土。对比较严重的裂缝可以采取水泥灌浆和化学灌浆。水泥灌浆适用于裂缝宽度在0.5mm以上时,对于裂缝宽度小于0.5mm的应采取化学灌浆。化学灌浆材料一般用环氧一糠醛丙酮系等浆材。
4控制措施
4.1配合比设计
调整混凝土配合比,应使用水化热低的大坝水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥或低强度水泥,在保证混凝土强度等级的前提下,减少水泥用量,且要求早期强度增长不能过快,降低水灰比,减少砂率,改善外加剂的掺量。掺合料选用一级粉煤灰,尽可能选用细度大且烧失量低的粉煤灰。采用混凝土外加微膨胀剂,用以消除水泥在硬化过程中的收缩,可以有效地减少裂缝。对膨胀剂应充分考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。严格控制砂、石的含泥量,含泥量越少收缩开裂的可能性越小。
4.2材料要求
尽量增加石子用量,砂率不应过大,并选用级配良好的砂子,粗骨料避免使用砂岩,因部分砂岩遇水膨胀,失水有一定收缩。对混凝土的材料强度进行检验,要求石子坚硬,压碎值指标符合要求,针片状含量不大于5%,砂含泥量不大于2%的中砂,严格控制集料的级配及含泥量。
4.3浇筑措施
大体积混凝土的浇筑应合理分段,分层进行,利用浇筑面散热,使混凝土高度均匀上升,混凝土浇筑应连续进行,间歇时间不能过长,在前层混凝土初凝前必须把后层混凝土浇上。施工过程要加强管理及指导,注意混凝土要振捣均匀,避免出现振捣不足或过振现象,以防局部出现收缩裂缝,并严禁用振捣棒赶料。在钢筋密度大和泵送的情况下,入模和振捣均要求可泵性好和流动性大,另一方面混凝土初凝时间需适当延长,坍落度不宜过大,一般在120mm±20mm。
4.4测温措施
施工要采取有效的保温措施,避免混凝土内外温差过大。安排专人对墩台身结构进行温度测量,拆模时混凝土芯部与表面,表面与环境的温差不得大于15℃。当养护完毕后的环境温度仍在0℃以下时,则需待混凝土冷却至5℃以下且混凝土与环境温度之间的温差不大于15℃后,方可拆除模板。
4.5养护措施
养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。根据工程的具体情况,合理安排工期,严格控制拆模时间,当混凝土抗压强度达到设计强度的30%后方可拆除模板,尽可能多养护一段时间。同时预防近期骤冷空气的影响,以控制内外温差,防止混凝土早期和中期裂缝。混凝土浇筑成型后,立即进行防寒保温,防寒保温措施采用蓄热法,即在墩台身模板外侧采取保温材料包裹,顶面用保温材料覆盖,并加强对结构的边棱角和迎风面的覆盖保温和防风。
5结语
采取以上控制措施后,后期浇筑的墩身裂缝的数量及宽度大大减小。因此,施工人员都应予以重视,在施工过程中对大体积混凝土易出现裂缝的部位,通过严格控制材料质量、合理分层、控制水化热、降低混凝土入模温度、控制混凝土体的内外温差,加快混凝土散热速度等措施,有效预防和控制了裂缝的生成,减少裂缝的长度和宽度。通过对裂缝的妥善处理,控制裂缝的发展,使裂缝不至于对结构产生危害,保证结构得以正常使用。
关键词:桥梁墩身；裂缝；温度；控制
Abstract: in recent years, China's increasing bridge construction, in the course of building the different degree of the piers prone to crack, the author, based on the engineering practice, for bridge pier shafts to analysis the reason of crack on the, and put forward the corresponding processing method and control measures.
Keywords: bridge pier; Crack; Temperature; control
中图分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号：
裂缝是混凝土结构施工中普遍存在的现象。大体积混凝土出现的裂缝按深度的不同,分为表面裂缝、深层裂缝及贯穿裂缝三种。裂缝的成因复杂而繁多,比如设计原因、材料原因、施工原因、环境原因等等,有的裂缝是由多种因素相互影响而成。当混凝土结构发生裂缝时会影响混凝土的外观,破坏结构的整体性、耐久性、稳定性,严重者会发生质量安全事故,造成不必要的损失,尤其贯穿裂缝,其危害性是较严重的。因此,大体积混凝土结构的施工技术较复杂,施工时应十分慎重,采取有针对性的预防措施,有效地减少混凝土裂缝的发生和防止危害结构的裂缝产生。
1工程概述
某桥梁工程,桥墩形式为变截面两端头带圆弧破冰凌实体桥墩,混凝土为C30,F200,上截面尺寸为:上底长18.47m,宽1.47m，端头圆弧半径0.735m;下底长19m,宽2m,端头圆弧半径1m,墩身按1：0.05向上缩小,墩身高度5.3m,每个墩混凝土量170m3。在先期浇筑的几个桥墩拆模后,出现了不同程度的裂缝,裂缝宽度为0.2mm～0.5mm,其中墩帽、墩身还出现深层裂缝,且随着时间的推移,裂缝有增加的趋势。
2原因分析
2.1水泥水化热
大体积混凝土在水泥水化过程中会放出大量的热,主要集中在浇筑后的2d～5d左右,使混凝土内部温度升高,而混凝土内部和表面的散热条件不同,使混凝土内外截面形成温度梯度,特别是昼夜温差大时,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。这种裂缝通常出现在混凝土浇筑后3d～5d,初期是表面裂缝逐渐发展为深度裂缝,最终形成贯穿裂缝。
混凝土内部的温度与混凝土厚度、水泥品种及用量有关,混凝土愈厚,水泥用量愈大,水泥的水化热愈大,内部温度则愈高。所形成的温度应力与混凝土结构的尺寸相关,在一定尺寸范围内,混凝土结构尺寸愈大,温度应力也愈大,引起裂缝的可能性也愈大。这是大体积混凝土容易产生裂缝的主要原因。
该工程使用P.O42.5R的水泥为早强型普通硅酸盐水泥,早期强度增长较快,初期水化热比较集中。从混凝土自身来讲,配合比中水泥含量大,水化热大且墩身墩帽均为大体积混凝土,厚度超过1m、细长比大于10的大体积混凝土结构极易产生裂缝。
2.2 外界气温、湿度变化
外界气温的变化会影响大体积混凝土结构的施工。混凝土的内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系,外界气温愈高,混凝土的浇筑温度也就会愈高;如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度下降过快,会造成很大的温度应力,极易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响,外界的湿度降低会加速混凝土的干缩,也会导致混凝土裂缝的产生。
墩台施工时正值3月初,夜间气温较低,裂缝的出现与温差存在一定的关系。从施工的角度来说,墩身属大体积混凝土,其内部的水化热较集中且不易散发。混凝土体积从初期到后期随温度的变化而膨胀收缩,应加强混凝土的保温养护,使内部温度与表面温度温差不得超过25℃。外界环境温度与混凝土表面的温度亦不超过25℃,如温差超过25℃混凝土必然要产生裂缝。混凝土在拆模之后,应覆盖塑料布,双层岩棉被保温、保湿。
2.3 混凝土的收缩变形
1)施工时采用的商品混凝土每立方米砂用量845kg,碎石用量952kg,水灰比1：0.37,砂率为48%,石子粒径5mm～25mm,坍落度为18cm～20cm。预拌泵送混凝土的砂率大,坍落度大,由于细骨料的增多,减弱了混凝土之间的连接,裂缝的机会增多。2)现场质检人员对混凝土坍落度控制不严格,混凝土浇筑后多余水分会随着混凝土的硬化而蒸发,这种情况下出现干燥收缩裂缝和塑性收缩裂缝的可能性大大增加。3)水泥用量的增多也增大了产生裂缝的机会。集料含泥量大,也会增加混凝土的收缩,引起混凝土抗拉强度的降低,对混凝土抗裂不利。4)混凝土浇筑时操作不当,振捣不足或过振,振捣不足则导致塑性收缩裂缝和沉降收缩裂缝的增加,过振则导致干燥收缩裂缝和碳化收缩裂缝的增加。5)施工过程中为赶进度,对混凝土裂缝产生的原因认识不足,过早的拆除模板,模板拆除后,现场工作人员没有及时覆盖养生,致使混凝土的水分由表及里逐渐蒸发,从而出现干燥收缩裂缝。
3处理方法
表面裂缝:因其对结构力、耐久性和安全基本没有影响,一般不作处理。不明显的裂缝可用白水泥与普通水泥混合掺107胶,涂抹在混凝土裂缝表面,使硬化后的水泥浆色泽与混凝土色泽一致。
深层裂缝和贯穿裂缝:可以用风镐、风钻或人工将裂缝凿除,至看不见裂缝为止,凿槽断面为梯形时再在上面浇筑混凝土。限裂鋼筋,在处理较深的裂缝时,一般是在混凝土已充分冷却,在裂缝上铺设1层～2层的钢筋后再继续浇筑新混凝土。对比较严重的裂缝可以采取水泥灌浆和化学灌浆。水泥灌浆适用于裂缝宽度在0.5mm以上时,对于裂缝宽度小于0.5mm的应采取化学灌浆。化学灌浆材料一般用环氧一糠醛丙酮系等浆材。
4控制措施
4.1配合比设计
调整混凝土配合比,应使用水化热低的大坝水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥或低强度水泥,在保证混凝土强度等级的前提下,减少水泥用量,且要求早期强度增长不能过快,降低水灰比,减少砂率,改善外加剂的掺量。掺合料选用一级粉煤灰,尽可能选用细度大且烧失量低的粉煤灰。采用混凝土外加微膨胀剂,用以消除水泥在硬化过程中的收缩,可以有效地减少裂缝。对膨胀剂应充分考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。严格控制砂、石的含泥量,含泥量越少收缩开裂的可能性越小。
4.2材料要求
尽量增加石子用量,砂率不应过大,并选用级配良好的砂子,粗骨料避免使用砂岩,因部分砂岩遇水膨胀,失水有一定收缩。对混凝土的材料强度进行检验,要求石子坚硬,压碎值指标符合要求,针片状含量不大于5%,砂含泥量不大于2%的中砂,严格控制集料的级配及含泥量。
4.3浇筑措施
大体积混凝土的浇筑应合理分段,分层进行,利用浇筑面散热,使混凝土高度均匀上升,混凝土浇筑应连续进行,间歇时间不能过长,在前层混凝土初凝前必须把后层混凝土浇上。施工过程要加强管理及指导,注意混凝土要振捣均匀,避免出现振捣不足或过振现象,以防局部出现收缩裂缝,并严禁用振捣棒赶料。在钢筋密度大和泵送的情况下,入模和振捣均要求可泵性好和流动性大,另一方面混凝土初凝时间需适当延长,坍落度不宜过大,一般在120mm±20mm。
4.4测温措施
施工要采取有效的保温措施,避免混凝土内外温差过大。安排专人对墩台身结构进行温度测量,拆模时混凝土芯部与表面,表面与环境的温差不得大于15℃。当养护完毕后的环境温度仍在0℃以下时,则需待混凝土冷却至5℃以下且混凝土与环境温度之间的温差不大于15℃后,方可拆除模板。
4.5养护措施
养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。根据工程的具体情况,合理安排工期,严格控制拆模时间,当混凝土抗压强度达到设计强度的30%后方可拆除模板,尽可能多养护一段时间。同时预防近期骤冷空气的影响,以控制内外温差,防止混凝土早期和中期裂缝。混凝土浇筑成型后,立即进行防寒保温,防寒保温措施采用蓄热法,即在墩台身模板外侧采取保温材料包裹,顶面用保温材料覆盖,并加强对结构的边棱角和迎风面的覆盖保温和防风。
5结语
采取以上控制措施后,后期浇筑的墩身裂缝的数量及宽度大大减小。因此,施工人员都应予以重视,在施工过程中对大体积混凝土易出现裂缝的部位,通过严格控制材料质量、合理分层、控制水化热、降低混凝土入模温度、控制混凝土体的内外温差,加快混凝土散热速度等措施,有效预防和控制了裂缝的生成,减少裂缝的长度和宽度。通过对裂缝的妥善处理,控制裂缝的发展,使裂缝不至于对结构产生危害,保证结构得以正常使用。