裝配式建筑工程知識(shí)分享：淺議30m箱梁裂縫原因及防治措施

1 裂縫產(chǎn)生的原因分析

1.1 材料選擇不當(dāng)形成裂縫

混凝土主要是由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn):水泥安定性不合格、強(qiáng)度不足、水泥受潮或過期,導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足,從而引起混凝土開裂;砂石粒徑太小、級(jí)配不良、空隙率大,將導(dǎo)致水泥和用水量加大,影響混凝土的強(qiáng)度,使混凝土收縮加大;拌合水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時(shí)對(duì)鋼筋銹蝕有較大影響。

1.2 鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足,混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面,使鋼筋周圍混凝土堿度降低,或由于氯化物介入,鋼筋周圍氯離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng),其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長(zhǎng)約2~4倍,從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離,沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫。

1.3 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì),當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化,混凝土將發(fā)生變形,若變形遭到約束,則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫的特征主要是表面裂縫的走向一般無規(guī)律性,深層或貫穿裂縫的走向一般與主筋平行或接近平行;裂縫寬度大小不一,受溫度變化的影響熱細(xì)冷寬。表面溫度裂縫常出現(xiàn)在現(xiàn)澆混凝土1~2d之間,深層溫度裂縫與貫穿溫度裂縫常開始出現(xiàn)在現(xiàn)澆混凝土21d后。引起溫度變化主要原因有:(1)表面溫度裂縫多由于溫差較大引起的。如大體積混凝土(厚度超過2m)澆筑之后由于水泥水化放熱,致使內(nèi)部溫度很高,內(nèi)外溫差太大,導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂縫。在冬季施工中,過早除掉保溫層,或受寒潮襲擊,都導(dǎo)致混凝土因早期強(qiáng)度低而產(chǎn)生裂縫。此外當(dāng)預(yù)制構(gòu)件采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí),由于降溫過快或構(gòu)件急于出池,急帶揭蓋,均使混凝土表面收縮,產(chǎn)生裂縫。(2)深層貫穿裂縫多由于結(jié)構(gòu)降溫差值大,受外界的約束而引起的。如現(xiàn)澆橋臺(tái)混凝土或大體積剛性擴(kuò)大基礎(chǔ),澆筑在堅(jiān)硬的地基上,未采取隔離等放松約束措施或收縮縫間距過大。在混凝土澆筑時(shí),溫度很高,加上水泥水化熱的溫度升高很大,使溫度更高。當(dāng)混凝土冷卻收縮大拉應(yīng)力,進(jìn)而產(chǎn)生降溫收縮裂縫;這類裂縫有時(shí)成貫穿狀。

1.4 藝質(zhì)量導(dǎo)致的裂縫

在橋梁建設(shè)中,有相當(dāng)一部分的鋼筋混凝土橋梁的裂縫是由于施工方面的原因造成的,在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、運(yùn)輸、安裝過程中,施工工藝不合理、施工質(zhì)量較低,容易產(chǎn)生各種形式的裂縫。具體有以下幾點(diǎn)。

(1)混凝土的拌制:攪拌設(shè)備為500型強(qiáng)制式攪拌機(jī),拌和時(shí)間為每盤料大約3min,拌和時(shí)間適中,坍落度為9~13cm,拌和過程中有不均勻現(xiàn)象。存在水灰比過大的問題,水灰比過大,混凝土干縮量增大,易產(chǎn)生干縮裂縫。

(2)混凝土澆注:澆注過程中采用插入式振搗器為主,附著式震動(dòng)器為輔(主要在梁端10m處使用)。澆注過程出現(xiàn)過震現(xiàn)象,致使混凝土表面粗細(xì)骨料離析,靠近模板表面的混凝土細(xì)骨料集中。

(3)混凝土養(yǎng)生:在夏天由于白天氣溫大多超過30℃,最高氣溫達(dá)到35℃,梁體側(cè)面不易吸附水分,氣溫過高加快了梁體水分的蒸發(fā),致使表面產(chǎn)生干縮裂縫。由以上分析可知:水平構(gòu)造鋼筋、施工原材料、混凝土自身應(yīng)力、模板及制梁臺(tái)座及施工工藝的缺陷都是混凝土收縮裂縫的形成原因。各種不利因素的疊加致使梁體產(chǎn)生收縮裂縫。

2 對(duì)混凝土裂縫的處理建議

2.1 表面處理法

采用表面處理法進(jìn)行修補(bǔ),在混凝土表面沿裂縫涂抹樹脂保護(hù)膜。施工時(shí)先用鋼絲刷除去混凝土表面的附著物,再用清水清洗,干燥后,用油灰狀樹脂填充混凝土表面的凹癟部分后,再進(jìn)行必要的涂抹。表面處理法包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法,表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫,深度未達(dá)到鋼筋表面的發(fā)絲裂縫,不漏水的裂縫,不伸縮的裂縫以及不在活動(dòng)的裂縫。表面貼補(bǔ)法適用于大面積漏水的防滲堵漏。

2.2 填充法

用修補(bǔ)材料直接填充裂縫,一般用來修補(bǔ)較寬的裂縫(0.3mm),作業(yè)簡(jiǎn)單,費(fèi)用低。寬度小于0·3mm,深度較淺的裂縫以及小規(guī)模裂縫的簡(jiǎn)易處理可采用取開V型槽,然后作填充處理。對(duì)于橋面板中間帶上下貫通的裂縫,其上部采用注入施工法進(jìn)行處理。沿裂縫7~8cm寬度的范圍內(nèi),用砂輪機(jī)和鋼絲刷去混凝土表面的游離石灰和灰塵等,并用洗凈劑清洗,然后加壓注入具有滲透性和粘著性的環(huán)氧樹脂,以此來填充混凝土裂縫,提高橋面板的防水性,防止鋼筋銹蝕及混凝土老化。

2.3 結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法

因超荷載產(chǎn)生的裂縫、裂縫長(zhǎng)時(shí)間不處理導(dǎo)致的混凝土耐久性降低、火災(zāi)造成裂縫等影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法、錨固補(bǔ)強(qiáng)法、預(yù)應(yīng)力法等。此外,還可以采用灌漿法等。同時(shí),要加強(qiáng)混凝土裂縫處理效果的檢查,包括修補(bǔ)材料試驗(yàn);鉆芯取樣試驗(yàn);壓水試驗(yàn);壓氣試驗(yàn)等。

3 裂縫的預(yù)防

3.1 原材料方面

混凝土在硬化過程中,水泥水化放熱,從而使混凝土的溫度收縮應(yīng)力增大。所以,應(yīng)在不影響強(qiáng)度和施工進(jìn)度的情況下盡量采用低水化熱水泥。水泥用量方面在不影響混凝土強(qiáng)度的前提下可減少15%的水泥用量,同時(shí)增加粗骨料,以補(bǔ)充減少水泥的體積。根據(jù)各個(gè)混凝土強(qiáng)度級(jí)別不同,規(guī)范對(duì)砂、碎石、施工用水的含泥量、碎石中的灰粉量的要求都有所不同。總之,所有材料都應(yīng)嚴(yán)格控制在規(guī)范要求以內(nèi)。

3.2 混凝土施工過程控制

(1)混凝土的拌制:每盤混凝土的拌和時(shí)間應(yīng)控制在2~3min左右,攪拌時(shí)間不宜過長(zhǎng)也不能過短,過短攪拌不均勻,過長(zhǎng)會(huì)破壞材料結(jié)構(gòu);混凝土澆注過程中多做幾次坍落度實(shí)驗(yàn),嚴(yán)格控制施工水灰比。

(2)混凝土澆注:澆注過程中采用插入式振搗器為主,附著式震動(dòng)器為輔(主要在梁端10m處使用)。附著式震動(dòng)器應(yīng)采用間歇式震動(dòng),每次開啟的時(shí)間大約為30s左右,以避免澆注過程出現(xiàn)過震現(xiàn)象,以使混凝土產(chǎn)生離析。插入式振搗器的振搗間距應(yīng)不大于插入式振搗器的振搗半徑1.5倍,以避免澆注過程出現(xiàn)漏震現(xiàn)象。

(3)混凝土養(yǎng)生:當(dāng)施工氣溫大超過30℃,梁體水分的蒸發(fā)非?？?且梁體側(cè)面不易吸附水分,如果梁體表面的水分被蒸發(fā),梁體表面的混凝土要進(jìn)行水泥的水化和硬化反應(yīng),就會(huì)吸取梁體內(nèi)部的水分,從而加快混凝土的干縮。要使梁體有足夠的水分進(jìn)行水泥的水化和硬化反應(yīng),就必須即時(shí)對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行灑水養(yǎng)生。規(guī)范要求灑水養(yǎng)生的間隔時(shí)間最小為2h,必要時(shí)可減為1.5h一次。

夏季施工時(shí),若混凝土在澆注完畢,拆模以前氣溫超過30℃時(shí),在澆注完畢12h后可在模板外層進(jìn)行灑水降溫。以避免由于內(nèi)部溫度過高,體積膨脹過大,在冷卻后體積收縮過大而產(chǎn)生收縮裂縫。養(yǎng)生時(shí)間要保持到施加預(yù)應(yīng)力之后。

3.3 模板設(shè)計(jì)及臺(tái)座制作

側(cè)模:根據(jù)梁體結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì),在滿足幾何尺寸的前提下,盡量減少直角連接,減少應(yīng)力集中點(diǎn);模板表面打磨光滑,減小摩阻力。

制梁臺(tái)座:制梁臺(tái)座表面盡量光滑,摩阻力小。制梁臺(tái)座表面可鋪設(shè)表面光滑的材料,如水磨石、鋼板、膠合板等。

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