摘要: 桥梁混凝土梁板是桥梁中的直接承重结构, 其质量关系到整座桥梁的寿命和行车的安全。桥梁混凝土梁板施工裂缝是指在梁板浇注后至浇注桥面铺装前所产生的裂缝。混凝土梁板在施工中一旦出现裂缝, 轻则直接影响到整体结构物的评分, 重则需报废或重新返工, 既造成不必要的经济损失又影响到施工企业的形象。文章就混凝土梁板施工裂缝产生的原因, 预防治理方法作一些探讨。
关键词: 混凝土梁板; 施工裂缝; 原因; 防治
中图分类号: U448.21+2 文献标识码: B
1 桥梁混凝土梁板施工裂缝产生的原因
1.1 原材料质量不良引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、粗骨料、拌和水和外加剂组成。混凝土所采用的原材料质量不合格, 可能导致梁板出现裂缝。
1.1.1 水泥
使用不合格水泥会出现早期不规则的裂缝。
1.1.2 砂石材料
( 1) 砂石含泥量超标, 不仅降低混凝土的强度和抗渗性, 还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。
( 2) 砂石的级配差, 有的砂过细, 用这种材料拌制的混凝土常造成侧面裂缝。
( 3) 碱骨料反应, 骨料中含有酸性硅化物质与水泥中的碱性物质相遇, 则会发生水硅反应生成膨胀的胶质, 吸水后造成局部膨胀和拉应力, 梁板就会产生爆裂状裂缝。
1.1.3 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, 采用含碱的外加剂, 可能对碱骨料反应也的影响。外加剂用量不当, 造成混凝土早期强度过高或过低而产生的裂缝。
1.2 施工工艺质量引起的裂缝
混凝土梁板在浇注、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中, 若施工工艺不合理, 质量低劣, 可能产生各种形式的裂缝, 主要有以下几种原因。
( 1) 设计配合比不合理或施工配合比与设计出入较大, 混凝土振捣不密实、不均匀、出现蜂窝、麻面或空洞, 是形成裂缝的起源点。
( 2) 混凝土浇注过快, 混凝土流动性较低, 在硬化前因混凝土振捣不足, 硬化后沉实过大, 容易在浇注数小时后产生塑性收缩裂缝。
( 3) 混凝土搅拌、运输时间长, 水分蒸发过多, 引起混凝土坍落度过低, 使得在混凝土表面出现不规则的收缩裂缝。
( 4) 为保证混凝土的流动性, 增加水和水泥的用量, 或其他原因加大水灰比, 增大了坍落度, 导致混凝土硬化时收缩量增加, 使得混凝土表面出现不规则的收缩裂缝和水泥浮浆而产生龟裂。
( 5) 混凝土分层或分段浇注时, 接头处理不好, 使得在新旧混凝土的施工缝处出现裂缝。
( 6) 施工时模板刚度不足, 在浇注混凝土时, 因侧向压力的作用使得模板变形, 从而产生与模板变形一致的裂缝。
( 7) 施工时拆模过早, 混凝土强度不足, 使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
( 8) 施工前对支架基础压实不足、支架刚度不够或未按要求进行荷载预压或预压荷载不足, 浇注混凝土后支架发生不均匀下沉, 导致混凝土出现裂缝。
( 9) 预制梁板在运输、堆放时, 支撑垫木不在一条垂直线上或距离理论支撑点相差太大, 使得悬臂过长,或运输过程中剧烈颠撞, 吊装时吊装点位置不当引起结构受力不合理而开裂。
( 10) 混凝土初期养护不好, 致使表面急剧干燥,使得混凝土与大气接触面上出现不规则的收缩裂缝。
( 11) 施工人员操作不当, 质量意识差, 不能很好贯彻技术人员的意图。
1.3 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, 若变形遇到约束, 则在结构内部产生应力, 当应力超过混凝土抗拉强度时, 即产生温度裂缝。引起温度裂缝的主要原因有以下几种。
1.3.1 骤然降温
梁板在施工中, 突降大雨、冷空气袭击, 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裂缝。
1.3.2 水化热
在施工过程中, 如混凝土体积较大或为赶进度, 提高混凝土早期强度, 致使水泥水化放热集中在早期很短时间内, 结构物内部温度很高, 体表散热缓慢, 施工中未采取或采取的散热技术措施又不当, 内外温差太大,致使表面出现裂缝。
1.3.3 夏季高温及冬季低温施工时采取措施不当
冬夏季施工时, 如采取的技术措施不当, 升温降温速度太快, 使混凝土骤冷骤热, 结构内外温度不均, 而出现裂缝。
1.4 外部荷载引起的裂缝
梁板混凝土在未达到设计强度时, 受到外部荷载的影响或外部荷载对构件产生的拉应力超过允许拉应力,使得构件产生裂缝。主要有以下几种情况。
( 1) 梁板在进行预应力张拉时, 混凝土的设计强度未达到设计强度或张拉力超过控制张拉力太多。
( 2) 以提高混凝土强度等级来弥补设计要求的张拉或放张控制强度, 使得混凝土在龄期很短的情况下承受较大荷载。
( 3) 预制梁板随意翻转、起吊、运输、安装, 使构件受力不合理。
( 4) 在未进行铺装的梁板上堆放材料或停放施工机械, 会造成局部应力集中而产生裂缝。
2 桥梁混凝土梁板施工裂缝的预防措施
2.1 控制好混凝土原材料的质量和混凝土配合比的选择
2.1.1 水泥
水泥应符合现行国家标准, 选用水泥时, 应以能使所配制的混凝土强度达到要求、收缩性小、和易性好和节约水泥为原则。同时应注意其特性对混凝土结构强度、耐久性和使用条件是否有不利影响。
2.1.2 细骨料
要求采用级配良好、质地坚硬、颗料干净、粒径小于5mm, 并尽量使用河砂。砂中杂质的含量应通过试验测定, 其最大含量不宜超过规范的规定。
2.1.3 粗骨料
应采用坚硬的碎石, 由于梁板的钢筋一般比较密,要严格控制骨料的粒径, 尽可能采用连续级配, 施工前应对所用碎石进行碱活性检验。
2.1.4 拌和水及外加剂
拌制混凝土的用水不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质或油脂、糖类及游离酸类等。如需添加外加剂, 则应根据外加剂的特点, 结合使用目的和混凝土浇注时的季节环境来确定外加剂的使用品种。使用前应复验其效果, 掺量要准确。
2.1.5 合理选择混凝土配合比
在配制混凝土配合比时应考虑施工季节、结构形状、模板形式、混凝土强度等级等因素对梁板抗裂性能的影响。在施工中, 施工单位往往只注重混凝土强度而忽视其变形特性和工作性, 而混凝土变形特性和工作性恰好是混凝土产生裂缝的主要原因所在。
2.2 提高施工工艺质量
2.2.1 要注意支架和模板的沉陷及变形
支架沉陷、模板变形是引起早期裂缝的原因之一,对于现浇梁板, 支架及模板心须进行设计计算和荷载预压; 预制梁板要对预制场地进行硬化处理和做好排水措施, 防止地基下沉。
2.2.2 确保混凝土的拌和质量
拌制混凝土配料时, 各种衡器应保持准确。混凝土拌和物应拌和均匀, 颜色一致, 不得有离析和泌水现象。混凝土拌和物的坍落度, 应在搅拌地点和浇注地点分别取样检测, 同时还应观察其粘聚性和保水性。
2.2.3 提高混凝土的浇注工艺
( 1) 浇注混凝土时, 除少量塑性混凝土可用人工捣实外, 宜采用振动器械捣实。如采用附着式振动器, 其布置间距, 还应根据梁板的形状及振动器械性能等情况并通过试验确定。
( 2) 混凝土浇注应连续进行, 如因故必须间断时,其间断时间应小于前层混凝土的初凝时间或重塑时间。如需设置施工缝时, 宜留在受剪力和弯矩小且便于施工的部位, 并在下次施工时对施工缝进行妥善处理。
2.2.4 预应力钢筋的张拉应严格按程序进行在进行预应力张拉时, 必须严格按规范要求进行。
对于张拉时间的按排, 除考虑混凝土的强度外, 还应参考混凝土的龄期或混凝土的成熟度两个指标, 这样才能取得比较好的张拉效果。
2.2.5 做好混凝土的养护
混凝土养护的好坏直接关系到是否出现收缩或温度裂缝的重要环节, 一般混凝土浇注后, 应在收浆后尽快给予覆盖和洒水养护。每天洒水数次以保持混凝土表面经常处于湿润状态。
2.3 加强夏季高温和冬季低温时梁板施工的保护措施对于在夏季高温和冬季低温状态下施工的混凝土梁板, 除按正常要求施工外, 还要根据实际情况采取多种有效措施以预防混凝土开裂。
3 桥梁混凝土梁板施工裂缝的治理方法出现施工裂缝的混凝土梁板, 除报废外, 对于可以利用的梁板, 一般可采用以下几种常用方法进行修补处理。
3.1 环氧胶粘剂修补裂缝
用环氧胶粘剂修补混凝土裂缝时, 应先对裂缝进行处理。一般沿裂缝凿嵌槽与凿毛工艺相结合进行。嵌槽系用人工手钎凿成。要求平正而粗糙, 嵌槽形状多为V形, 其宽度、深度视裂缝大小而定。当裂缝开度<0.1mm时, 嵌槽深2cm, 宽4cm; 裂缝开度为0.1～0.5mm 时,嵌槽深2.5cm, 宽4.5cm; 裂缝开度1mm 左右时, 嵌槽深2.5cm, 宽5cm。
嵌槽凿好后, 用钢丝刷刷去石粉、松动颗粒和混凝土表面的污垢, 然后用水冲洗。若混凝土表面含有油污, 则用丙酮、甲苯、二甲苯等有机剂洗净, 然后用高温灯泡、电热吹风或喷灯等用具烘干。裂缝中如有渗水, 则必须止住渗水后, 再干燥之, 否则影响粘结力。
裂缝嵌槽处理好后, 先在槽内用鬃刷涂上一层环氧基液。厚度控制在1mm 之内, 要求全面涂抹均匀, 凹洞及槽壁均不可遗漏。然后在槽内回填环氧砂浆, 回填时要充分捣实、抹平、最后再涂刷一层环氧基液。
当立面或顶面嵌填环氧砂浆时, 须用贴有塑料薄膜或废纸的木板加以支撑稳定, 防止环氧砂浆蠕动或流淌。待固化拆模后, 再涂一层环氧基液。
裂缝采用环氧胶粘剂修补后, 要进行养护固化。固化速度与温度成正比关系。在较高温度下养护固化, 能保证环氧树脂的机械强度和各种性能。养护温度宜控制在15~35°C 之间, 气温较低时, 必须采取加温措施。养护固化期间内, 应避免雨水侵入。
3.2 灌浆封闭
将结构物的裂缝或空隙与外界封闭, 留出进浆口和排气孔, 然后将一定的高强胶结材料配制成较低粘度的浆液, 用压缩泵以一定的压力将浆液压入缝隙内, 使其在裂缝内进行扩散、胶凝固化, 以达到加固或恢复原来结构强度的目的。
3.3 表面喷浆修补
表面喷浆修补是在经凿毛处理后的裂缝表面, 喷射一层密实而且强度较高的水泥砂浆保护层来封闭裂缝的一种修补方法。根据裂缝的部位、性质和修理要求与条件, 可采用无筋素喷浆或挂网喷浆结合凿槽嵌补等修补方法。
首先应将需要喷浆的混凝土结构表面仔细敲击, 将已破碎的混凝土碎碴清理干净。在有缺陷的部位应适当凿除后再进行修补, 如有露筋的地方尚须清除钢筋的铁锈。在喷射前要用水将结构表面冲洗干净, 并保持喷射面的湿润状态。
3.4 柔性表面封闭
对于容易活动的窄小裂缝, 如不要求美观, 可用柔性表面封闭材料封闭裂缝。首先将裂缝凿开, 并用喷砂法或水气喷射法或两者兼用将裂缝内部清理干净, 然后用柔性封闭剂, 如聚乙烯条、压缩胶贴等材料充填。
3.5 钢板粘贴修补
用环氧基液粘结剂涂敷在钢板上, 然后将其压贴于裂缝位置上。一般工序如下:
( 1) 对钢板进行表面处理, 按所需尺寸切割好钢板, 再用打磨机研磨平整并将锈蚀彻底清除, 使钢板表面露出钢的肌体; ( 2) 对混凝土表面进行修凿, 去掉表面层, 使其露出新鲜的混凝土, 并须处理平整; ( 3) 用丙酮或二甲苯擦洗修补部位的混凝土面及钢板面, 以便去掉粘结面的油脂和灰尘;( 4) 在钢板和混凝土粘结面上均匀涂刷环氧基液粘结剂; ( 5) 用方木、角钢和固定螺栓等均匀地进行加压粘贴; ( 6) 养护到所需时间, 拆除压贴用的方木、角钢等支架材料; ( 7) 在钢板表面上再涂刷养护涂料, 如铅丹或其他防锈油漆。
4 结语
虽然多年来混凝土梁板的施工裂缝一直是施工中最常见和难以克服的弊病, 但只要在施工中对每个环节和工序严格把关, 还是能够克服和减少的。
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