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混凝土裂缝加固

发布时间:2017-04-06

  混凝土裂缝加固

  一、概述

  混凝土桥梁在建造和使用过程中出现裂缝比较普遍,裂缝不仅影响桥梁的外观、影响着桥梁结构的耐久性,严重的甚至影响结构的安全性。如果不及时进行处理,桥梁结构的使用寿命将大大缩短,桥梁坍塌的事件也时有发生。

  二、混凝土桥梁裂缝成因分析

  混凝土桥梁裂缝可分为5大类:荷载裂缝、温度裂缝、收缩裂缝、沉降裂缝、腐蚀裂缝。

  1.荷载裂缝

  荷载裂缝是指钢筋混凝土桥梁在常规静、动荷载作用下产生的裂缝。荷载裂缝产生的原因有:

  (1)设计计算阶段,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。结构设计截面承载力不足;钢筋设置偏少或布置错误;结构刚度不足;构造处理不当等。

  (2)施工阶段,施工机具、材料堆放不合理;预制结构翻身、起吊、运输、安装不当,造成结构受力不合理;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。

  (3)使用阶段,车辆超载和超速行驶是桥梁出现裂缝的重要原因。超载会使桥梁产生过大的变形,使受拉区和受剪区混凝土开裂;超速行驶会对桥梁结构形成强大的冲击,导致桥梁混凝土局部应力过大,形成裂缝。另外,车辆、船舶的撞击,大风、大雪、地震、爆炸都会使桥梁结构产生裂缝。

  2.温度裂缝

  混凝土具有热胀冷缩性质,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,则在结构内将产生应力,当应力超过混凝土抗拉极限应力时就会产生温度裂缝。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。引起温度裂缝主要因素是温度差,包括:

  (1)年温差。一年四季温度不断变化,变化相对缓慢,对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向伸缩,一般通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调,但结构的位移受到限制时就会引起温度裂缝,例如拱桥、刚架桥超静定结构,由于结构不能自由伸缩,很容易出现此类裂缝

  (2)日照温差。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后,温度明显高于其它部位,温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用,导致局部拉应力较大,出现裂缝。

  (3)骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降,但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度,产生裂缝。

  (4)水化热。出现在施工过程中,大体积混凝土(厚度超过2.0m)浇筑之后由于水泥水化放热,致使内部温度很高,内外温差太大,致使表面出现裂缝。

  (5)蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当,混凝土骤冷骤热,内外温度不均,易出现裂缝。

  3.收缩裂缝

  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。

  (1)塑性收缩一般发生在施工过程中、混凝土浇筑后4~5小时左右,此时水泥水化反应激烈,水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,称为塑性收缩。

  (2)缩水收缩(干缩)是指混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小的现象。由于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,致使表面混凝土产生拉应力,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。

  4.沉降裂缝

  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。

  5.腐蚀裂缝

  由于混凝土质量较差或保护层厚度不足,混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面,或由于氯化物介入,钢筋周围氯离子含量较高,引起钢筋表面氧化膜破坏,钢筋锈蚀,钢筋锈蚀引起体积变大,对周围混凝土产生膨胀应力,导致保护层混凝土开裂、剥离,沿钢筋纵向产生裂缝,并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀,使得钢筋有效断面面积减小,钢筋与混凝土握裹力削弱,结构承载力下降,并将诱发其它形式的裂缝,加剧钢筋锈蚀,导致结构破坏。

  三、混凝土桥梁裂缝控制措施

  《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)[1]规定,钢筋混凝土构件计算的最大裂缝宽度不应超过下列规定限值:(1)Ⅰ类和Ⅱ类环境,限值为0.2mm;(2)Ⅲ类和Ⅳ类环境,限值为0.15mm。为了达到这样的标准,就必须对各种裂缝采取相应的控制措施。

  1.荷载裂缝

  在结构设计方面,结构设计者必须严格按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)规定进行裂缝控制验算,根据不同的结构部位,采取相应的合理配筋。施工时严格按照施工规范和设计要求,按顺序施工,确保施工质量。使用阶段要严格管理,禁止超载车辆上桥,严格控制行车速度,定期检查,养护维修,并做好记录。

  2.温度裂缝

  防止因混凝土本身与外界气温相差悬殊,处于高温环境的构件,应采取隔热措施,加强养护,尤其在气温高、风大且干燥的气候条件下更应及早喷水。对大体积混凝土应及时进行内部降温,防止内外温差过大,做好养护工作,防止裂缝产生。

  3.收缩裂缝

  防治措施如下:(1)严格控制混凝土配合比,提高混凝土抗裂度;(2)加强混凝土构件的早期养护,适当延长养护时间;(3)采取密封保水养护措施;(4)长期露天堆放的混凝土构件,应经常适当浇水养护;(5)后张法预应力构件及时张拉;(6)发现混凝土结构有微小裂缝,应及时撒水养护。

  4.沉降裂缝

  在选择桥位时,应尽量选择在基岩和坚硬土层外露或埋藏较浅、地质构造简单、稳定的地段;避免活动型断层、滑坡、泥石流、强岩溶及其他不良地质地段;设计时要考虑沉降对结构的影响,尽量减小沉降对结构的影响。

  5.腐蚀裂缝

  设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度;施工时应控制混凝土的水灰比,加强振捣,保证混凝土的密实性,防止氧气侵入,同时严格控制含氯盐的外加剂用量,沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。

  四、混凝土桥梁裂缝处理对策

  混凝土桥梁结构或构件一旦出现了裂缝,有的破坏结构整体性,降低构件刚度,影响结构承载力;有的但会引起钢筋锈蚀、降低耐久性,影响正常使用要求。因此,应根据裂缝性质、大小、结构受力情况和使用要求,区别情况,及时进行治理。

  1.裂缝治理原则

  (1)必须充分了解设计意图和技术要求,严格遵循设计和施工规范的有关规定。

  (2)应认真分析裂缝产生的原因和性质,根据不同受力情况和使用要求,分别采取不同的治理方法。

  (3)裂缝处理后应能保证结构原有的承载能力、整体性以及防水、抗渗性能。处理时要考虑温度、收缩应力较长时间的影响,以免处理后再出现新的裂缝。

  (4)防止进一步人为的损伤结构和构件,尽量避免大动大补,并尽可能保持原结构的外观。

  (5)处理方法应从实际出发,在安全可靠的基础上,要考虑技术上的可能性,力求施工简单易行,以符合经济合理的原则。

  2.裂缝修补方法

  (1)表面裂缝封闭处理

  用切割机(锯片厚度1.8mm)沿裂缝方向开出深5-10 mm的小才槽;用钢丝刷清除裂缝周边的松动物,用高压空气将裂缝清吹干净,用丙酮清洗一遍;用毛刷将裂缝表面涂一层环氧浆液,待浆液半干后用刮刀将环氧胶泥刮涂在小槽内,并压实,处理平整。

  (2)内部裂缝修补

  内部修补法系用压浆泵将胶结料压入裂缝中,由于其凝结、硬化而起到补缝作用,以恢复结构的整体性。

  五、结语

  综上所述,混凝土桥梁裂缝的形成因素繁多,影响因素也是多方面的,需要在设计和施工过程中高度重视,严格按照相关规范、技术标准进行设计、施工。在实际使用过程中,必须加强对桥梁的管理,定期对桥梁进行检查,了解桥梁的使用状况,损害程度以及裂缝的发展情况,及时对桥梁状况做出判断,并及时进行维修处理,确保桥梁安全运营。

  参考文献

  [1] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004),中华人民共和国交通部.

  [2] 混凝土结构加固技术规范.北京:中国计划出版社.

  [3] 桥梁检测与维修加固

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