浅析桥梁防撞墙及薄壁混凝土构件裂缝的防治.doc

浅析桥梁防撞墙等薄壁混凝土构件裂缝的防范与治理措施“公路通、百业兴”。随着国家国民经济的增长和对基建项目的大力投资，我国公路交通运输业蓬勃发展，公路建设再掀新潮。同时，公路市场的竞争也日趋规范和激烈，各工程施工单位、企业为在竞争中赢得不败之地，不惜耗费资本，大力宣传企业实力与诚信，树立公司形象，建立品牌意识。对在建工程，争创精品、力求完美。对质量的控制，不再停留在仅仅符合技术规范要求，而是在保质保量的基础上，狠抓外观形象，通过对工程的苛刻要求来尽力展现企业精神和文化。但近年来，在我省已建工程中，大体积片石混凝土、桥梁防撞墙、轻型桥台及一系列薄壁混凝土构件的裂缝几乎成为令人深恶痛绝的一大通病。要防范裂缝的产生，必先须弄清裂缝产生的规律与原因。一、防撞墙及一些薄壁构件裂缝的特点及规律根据施工实践，桥梁防撞墙裂缝基本上有以下特点与规律：1、大多数出现在顶面,随时间的推进向侧面延伸。如施工时处理不好，最严重的23m会产生一道，大大影响了桥梁的整体质量和外观形象；2、绝大部分为竖向裂缝，但也有斜向延伸；3、桥梁防撞墙裂缝一经开裂，如处理不当，会延伸至桥面；4、跟时间有关系。随时间的推移，经过风沙、雨雪等外部条件的影响，有恶化现象；5、而且跟温度也有关系。温度低时会大一点，温度高时则较为小。二、裂缝性质及危害程度大部分混凝土结构构件都是带缝工作的，微裂缝对结构的承重、防渗等其它使用功能不会造成太大影响。但构件在受到荷载、温差等影响后会逐渐延伸扩大，发展成为肉眼可见的宏观裂缝。当水分渗入裂缝后，钢筋锈蚀损坏，降低承重能力，失去应有受力性能，防渗性能也会降低，从而影响到结构的使用寿命和耐久性，外观也会大打折扣。三、裂缝产生的原因裂缝产生的原因很多，有变形引起的裂缝（如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等），有外载引起的裂缝，有养护环境不当和化学作用引起的裂缝，概括来说，主要有内因和外因两个方面。外因主要是由于混凝土构件超负荷承载所产生的塑性变形和徐变，以及一些酸、盐类作用，碳化、氯化物侵蚀，碱骨料反应等对钢筋混凝土的侵害造成的。产生防撞墙等薄壁构件裂缝的内因方面，问题很多，其中设计方面有：1、设计方面，构造配筋方面水平配筋不太合理；2、设计方面往往没考虑桥面变形的差异，尤其跨中及支座变形缺少考虑；3、很多外省设计单位对我省的气温条件、施工环境了解不够，伸缩缝没有按照寒旱地区考虑设计；4、钢管护栏与混凝土构件的膨胀系数不同，温度变形会给混凝土一个附加应力。在施工方面，因桥梁工程结构长期暴露在空气中，再加上我省气候干燥，蒸发量大，昼夜温差大，风沙暴雨影响等一系列混凝土防裂不利条件，要控制到丝毫不裂确实很难。在施工中，原材料、掺和料、外加剂的选择，施工配合比的选择，施工浇筑振捣情况，养护、防裂措施的采取都有很大影响。四、桥梁混凝土构件常见的几种裂缝与预防措施1、干缩裂缝干缩裂缝通常出现较晚，一般在浇筑后一周或养护结束后的一段时间。因为混凝土中水化反应所剩多余水分蒸发，体积随温度变化而产生的收缩是不可避免的。砼结构内外水分蒸发程度不同，表面游离水分较体积收缩大，而内部小，表面收缩变形受到砼结构内部的限制与约束，会产生较大的拉应力。而混凝土抗拉强度比较低，更何况还未形成设计强度，开裂是很容易的。在结构的变截面处、箍筋处较多，一般为平行线状或网状浅细裂纹，宽度为0.05mm0.2mm，并随温度和湿度的变化而发展；要预防干缩裂缝首先要选用收缩量较小的水泥，一般采用中低热水泥（如允许可采用粉煤灰水泥），降低水泥用量；其次要控制好水灰比，同时掺加合适的减水剂。因为水灰比越大，干缩越大，因此在合理情况下尽可能降低水的用量；还有就是要加强混凝土的早期养护，并适当延长养护时间，关键部位可采取14天的养护期。2、塑性收缩裂缝塑性收缩裂缝是指在混凝土凝结以前，由于表面失水较快而产生的裂缝。因为混凝土终凝前强度很小，受高温或较大风力的影响，混凝土表面水分丧失过快，造成毛细管中产生较大负压而是混凝土体积急剧收缩，其强度不能抵抗其本身收缩而产生龟裂。塑性裂缝一般在干热或大风天气出现，是我省比较多见的混凝土隐患。大多为中间粗两端细且长短不一，互不连贯状态。20cm30cm长的多见，也有2m3m的。减少塑性收缩裂缝第一需选用干缩值较小早期强度又要比较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥；二须严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥和水的用量。三是浇筑之前，湿润基层和模板；四是养护及时，覆盖塑料薄膜或湿润的草垫、麻片，保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂。如果是高温或大风天气，设置遮阳挡风设施。3、沉陷裂缝主要由于地基或支撑产生不均匀沉降而产生的裂缝，多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，在此不做赘述。4、温度裂缝在混凝土浇筑后，水泥水化产生大量的水化热，并积聚在混凝土内部不易散发，而混凝土表面散热较快，形成内外较大的温差，造成内外的热胀冷缩程度不同，是混凝土表面产生一定的拉应力而是混凝土裂缝产生。这种温度裂缝走向无一定规律，象梁板等长度较大的结构构件裂缝多平行于短边，随长边分段出现，中间较密。大面积构件裂缝常纵横交错。宽度大小不一，一般在0.5mm以下。终凝前就收缩。要减少温度裂缝，第一要改善级配，选用中低热水泥并掺加减水剂等来减少水泥用量，降低水化热，保证强度的情况下控制在450kg/m3以下更好；二要降低水灰比，控制在0.6以下；三是改善混凝土的搅拌加工工艺，降低混凝土浇注温度；四是混凝土中掺加一定的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌和物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间 ；五是高温季节搭设遮阳设施等措施控制混凝土温度。还可以对大体积混凝土进行分层分块浇筑，或者埋设冷却管道，通冷水或冷气冷却，减小混凝土内外温差。在寒冷季节，需对表面温度进行控制加温；六是加强养护，设置合理的收缩缝，条件允许的情况下还可加入一些纤维材料来增强混凝土局部抗拉强度。 5、化学反应引起的裂缝 碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是工程中较为常见的化学反应引起的裂缝。、碱骨料反应裂缝混凝土拌和后会产生一些碱性离子，这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境水分而体积膨胀，造成混凝土酥松、膨胀开裂；、混凝土浇筑、振捣不良或者钢筋保护层较薄，有害物质进入混凝土而是钢筋产生锈蚀，锈蚀的钢筋体积膨胀，导致混凝土胀裂。因为碱骨料反应裂缝一经出现，混凝土就会酥松失去强度，无法补救。因此原材料选择须首先考虑选用碱活性较小的砂石材料；二是选用低碱或无碱的外加剂；三是如果需要，选合适的掺和料抑制碱骨料反应。要防止因钢筋锈蚀引起的裂缝，首先需保证钢筋保护层厚度；二是混凝土级配要好；三是混凝土要振捣密实。条件允许，可在钢筋表层涂刷防腐涂料。五、混凝土防裂在设计和施工方面的基本措施、根据设计中的不足分类处理，提出相应的改进措施，最好做到以下几点：1、构造配筋：在防撞护栏等薄壁混凝土构件中，水平钢筋主要考虑为分散应力，疏导变形。所以应宜小直径而密间距。顶面钢筋以往设计太少，适当可增加一点顶面纵向直筋。2、桥梁受力时变形跨中、支座处不一样，应力也相差很大，对防撞墙的附加变形和应力也就不同。因此，每跨跨中位置一定留伸缩缝。3、连续梁桥受力时，盖梁顶湿接缝处梁体所受应力为反应力，顶面受拉，防撞墙变形也随之发生变化。因此，盖梁顶必须设置伸缩缝。4、如条件允许，可在34m加一塑料条为诱导缝，即使有裂缝产生，也会顺诱导缝发展，不会影响外观形象。5.护栏钢管一定要留缝，伸缩缝要断开，以散失防撞墙变形时护栏钢管对混凝土的附加应力而避免因此产生的裂缝。、根据常见裂缝的产生原因，施工方面应注意：原材料选择原材料选择是保证混凝土质量及耐久性的基础，也是控制混凝土工作性的先决条件。如果在材料选择中出了问题，混凝土的质量、耐久性及施工可操作性都是事倍而功半，一切都是空谈。水泥混凝土是由水泥、水和粗、细集料按照适当比例配合、拌制成拌和物，经一定时间硬化而成的人造石材。在现代水泥混凝土中，为了调节和改善其工艺性能和力学性能，方便施工，还加入各种化学外加剂和磨细矿质掺合料。1、水泥选择水泥为普通混凝土的胶结材料，混凝土的性能很大程度上取决于水泥的质量和数量。水泥中氧化镁、三氧化硫含量将直接影响结构的质量，其含量如超出规范标准，在混凝土硬化后，才开始进行水化反应，体积膨胀，导致结构裂缝、破坏，失去应有力学性能。水泥强度等级的选择：水泥强度等级应与所配置的混凝土强度等级相适应。如水泥强度等级选用过高，则混凝土中水泥含量过低，影响混凝土的和易性和耐久性。反之，水泥强度选用过低，则混凝土中水泥用量过多，非但不经济，而且降低混凝土的某些技术品质，尤其为水化热、收缩率增大，导致结构产生收缩裂缝。通常配置一般混凝土时，水泥强度为混凝土强度的1.52.0倍。选用水泥时，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；用水泥时，应以能使所配置的混凝土强度达到要求、收缩小、和易性好和节约水泥为原则； 另外，防撞墙及混凝土薄壁构件首选低碱水泥，再次为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。千万不要用早强水泥，不用含碱量大的水泥，不用颗粒过细的水泥（细度过细的水泥），更不能用超细水泥。保证混凝土性能的基础上，尽可能把水泥用量减下来，减少收缩，减小成本。提高工人管理水平。水泥用量越多增加成本，而且费力不讨好，也会降低混凝土的有些技术指标。严格禁止让不同品牌水泥、不同强度水泥混合使用。2、细集料选择集料性能对于所拌制的混凝土的性能有很大的影响，为了保证混凝土的质量，一般来讲对集料的一般要求为：具有稳定的物理性能与化学性能，不与水泥发生有害反应；有害杂质含量严格控制在规范标准内，坚固耐久、具有良好的颗粒形状，表面与水泥石粘结牢固；有适宜的颗粒级配和细度模数；质地坚硬、颗粒洁净、粒径小于5mm的河砂。与水泥石粘附性，以及能与水泥水化产物产生不良化学反应的各种物质含量要严格控制在规范标准内。a、细集料颗粒级配和粗度的控制级配是集料各级粒径颗粒的分配情况。砂的级配可通过砂的筛分试验确定。主要确定分计筛余百分率、累积筛余百分率和通过百分率三个参数。粗度是评价砂粗细程度的一种指标，通常用细度模数来表示（细度模数亦称为细度模量）。对水泥混凝土用砂，可按式Mx=(A2.5+A1.25+A0.63+A0.315+A0.16-5A5)/(100-A5)来计算。其中Mx细度模数 A5 、A2.5、An5mm、2.5mm,各筛的累积筛余百分率。细度模数虽能表示砂的粗细程度，但不能完全反应出砂的颗粒级配情况，因为相同细度模数的砂可有不同的颗粒级配。因此，要全面表征砂的颗粒性质，必须同时使用细度模数与级配两个指标。3、粗骨料选择粒径大于5mm的集料称为粗集料。拌和混凝土常用的粗集料有卵石（砾石）和碎石。在桥梁防撞墙及薄壁混凝土构件中，由于钢筋密、间距小，宜采用砾石。a、 桥涵混凝土的粗骨料，应采用坚硬的卵石或碎石，应按产地、类别、加工方法和规格等不同情况，分批进行检验，机械集中生产时，每批不宜超过400m3；人工分散施工时，每批不宜超过200 m3。粗骨料的试验可按现行公路工程集料试验规程（JTJ058）执行。b、 粗集料的最大粒径和颗粒级配控制：粗集料中称粒径的上限为该粒级的最大粒径。集料的粒径越大，其表面积相应减少，因此所需的水泥浆量相应减少，在一定的和易性和水泥用量条件下，则能减少水泥量而提高混凝土强度。但也受工程结构和施工条件限制，故粗骨料最大粒径应按混凝土结构情况及施工方法选取，但最大粒径不得超过结构最小边尺寸的1/4和钢筋最小净距的3/4；在两层或多层密布钢筋结构中，不得超过钢筋最小净距的1/2，同时最大粒径不得超过10cm。用混凝土泵运送混凝土时的粗骨料最大粒径，除应符合上述规定外，对碎石不宜超过输送管径的1/3；对于卵石不宜超过输送管径的1/2.5，同时应符合混凝土泵制造厂的规定。 粗集料有良好的颗粒级配，以减少空隙率，增强密实性，从而可以节约水泥，保证混凝土拌合物的和易性及混凝土的强度。粗骨料的颗粒级配，可采用连续级配或连续级配与单粒级配混合使用。在特殊情况下，通过试验证明无离析现象时，也可采用单粒级。连续级配矿质混合料的优点是所配置的新拌混凝土较为密实，特别是具有优良的工作性，不易产生离析，故为经常采用的级配；间断级配矿质混合料的最大优点是它的空隙率低，可以制成密实高强的混凝土，而且水泥用量小，但是间断级配混凝土拌合物容易产生离析现象，适宜于配制稠硬性拌合物，并须采用强力振捣。c、为保证混凝土的耐久性，用作混凝土的粗集料应具有足够的坚固性，以抵抗冻融和自然因素的风化作用。d、施工前应对所用的碎石或卵石进行碱活性检验，在条件许可时尽量避免采用有碱活性反应的骨料，或采取必要的措施。e、 骨料在生产、采集、运输与储存过程中，严禁混入影响混凝土性能的有害物质。骨料应按品种规格分别堆放，不得混杂。在装卸及存储时，应采取措施，使骨料颗粒级配均匀，并保持洁净。4、 拌和用水。水是混凝土的主要组成材料，如果水质不纯，对混凝土有很多不良影响，主要表现在：影响混凝土的凝结；有损于混凝土强度的发展；降低混凝土的耐久性、加快钢筋的腐蚀。使混凝土表面出现污斑等。为了保证混凝土的质量及耐久性，拌制混凝土用的水，应符合下列要求：a、 水中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。b 、污水、PH值小于5的酸性水及含硫酸盐量按SO2-4计超过水的质量0.27mg/cm3的水不得使用。水中的有害物质含量应符合规定要求。c、不得用海水拌制混凝土。d、拌和混凝土用水对混凝土凝结时间的影响，应控制在与蒸馏水（或符合国家标准的生活用水）进行水泥凝结时间检验中，初凝与终凝时间差均不大于30min。e、待用水拌制水泥砂浆或混凝土，测其28天抗压强度(若有早期强度要求时，需增做7天抗压强度)，其强度值不应低于蒸馏水（或符合国家标准的生活用水）拌制的相应砂浆或混凝土抗压强度的90%。f、 一般供人饮用的水，一般能满足上述条件，使用时可不经试验。新拌混凝土的工作性控制新拌混凝土的工作性，也称和易性，是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、脚注、振捣），成形后质量均匀、密实的性能。新拌混凝土的工作性控制是保证混凝土质量均匀、密实的具体措施，也是保证水泥混凝土质量及耐久性的根本环节。目前，国际上还没有一种能够全面表征新拌混凝土工作性的测定方法，通常是测定其流动性，辅以其他方法或直观经验综合评定混凝土拌合物的工作性。在实际施工中，普遍以坍落度法测定新拌混凝土的流动性，辅以用捣棍在已坍落混凝土锥体一侧轻打及直观混凝土试验锥体底部析水情况来判别混凝土的粘聚性和保水性。1、新拌混凝土的工作性选择混凝土的坍落度选择，应根据结构物的断面尺寸、钢筋布置疏密情况及振捣方法来确定。当构件断面尺寸小，钢筋较密或人工振捣是坍落度应大一点，易于浇捣密实。反之，对于构件断面尺寸大，钢筋配置稀疏，采用机械振捣时，尽可能选用较小的坍落度，以节约减少水泥用量。桥梁防撞墙及薄壁构件由于断面小且钢筋布置较密，因此一般将坍落度控制在5070mm。2、影响混凝土工作性的主要因素水泥浆的数量和集浆比水泥混凝土中的水泥浆，除了填充集料间的空隙外，还应包裹在集料表面并略有富余，使拌合物有一定的流动性。在水灰比一定的条件下，水泥浆越多，流动性越大。但水泥浆过多，集料则相对减少，即集浆比小，将出现流浆现象，拌合物的稳定性变差，不仅浪费水泥，而且使结构物的强度和耐久性降低；如水泥浆用量过少，则无法包裹集料表面及填充其空隙，拌合物产生崩坍现象，失去稳定性。因此，拌合物中的水泥浆用量应以满足流动性为宜。水灰比的影响在固定用水量的情况下，水灰比小时，会使水泥浆变稠，拌和物流动性小；如加大水灰比，可使水泥浆变稀，流动性增大，但会使拌合物流浆、离析，严重影响混凝土的强度，因此，应合理的选择水灰比。实践证明，对混凝土坍落度影响最大的还是单位用水量。增加用水量，流动性增大，但硬化后混凝土产生较大的空隙，从而降低了混凝土的强度和耐久性。另外，用水量过多，会使新拌混凝土产生分层、泌水现象，反而降低了工作性。因此，在保证混凝土强度和耐久性的条件下，应根据流动性要求来确定用水量。在桥梁防撞墙及薄壁混凝土构件中，水灰比不要太大，一般在0.40.55。砂率砂率是指混凝土中砂（或细集料）用量占砂石（或粗细集料）总用量的百分率。它反应了混凝土中粗细集料的相对比例，影响混凝土骨料的空隙和总表面积。当水泥浆用量一定时，砂率过大，则集料的总表面积增大，包裹砂子的水泥浆层变薄，砂粒间的摩阻力加大，拌和物的流动性变小；砂率过小，虽然表面积减小，但由于砂浆量不足，水泥砂浆除填充石子孔隙外，包裹在石子表面的水泥砂浆层薄，拌和物的流动性变小，同时由于砂量不足，也易导致离析，泌水现象，影响工作性。因此，在水泥浆用量一定的情况下，能使混凝土获得最大流动性，又不离析、不泌水时的砂率为最合理、最理想的砂率。砂率一般不要大于0.4，泵送混凝土一般在0.40.5。水泥品种及集料的性质水泥品种不同，达到标准稠度用水量也不同，在其他田间相同的条件下，标准稠度用水量最少的水泥，其混凝土拌合物的流动性较好。通常，普通水泥的混凝土拌合物比矿渣水泥和火山灰水泥的工作性好。在相同用水量的条件下，集料表面光滑、形状较圆，少棱角的卵石所拌制的混凝土流动性好，但强度较表面粗糙、有棱角的碎石低。因此，桥梁防撞墙及薄壁混凝土构件粗集料应首选卵石。在混凝土拌合物中加入少量的外加剂，可在不增加用水量和水泥用量的情况下改善混凝土拌合物的工作性，也可提高混凝土的强度和耐久性。温度与搅拌时间混凝土拌合物的流动性随着温度的升高而有所减少，温度升高10oC坍落度大约减少2040mm。另外，搅拌时间的长短，也会影响混凝土拌合物的工作性，若搅拌时间不足，拌和物的工作性就差，质量也不均匀。根据混凝土结构工程施工及验收规范（GB5020492）规定，根据搅拌机的类型及不同容量，规定最短搅拌时间为13min。3、改善新拌混凝土工作性的主要措施混凝土拌合物工作性良好时，混凝土在自重或机械振捣作用下，产生流动，均匀密实的填满模板，无析水现象，混凝土硬化后，内部质量均匀密实，无过多空隙，从而保证了构件的强度与耐久性。改善新拌混凝土的工作性，主要着手于以下几个途径：保证混凝土强度、耐久性和经济性的前提下，以具有最高和易性、抗裂性为原则，适当调节混凝土材料组成，优化配合比。掺加各种外加剂，如流化剂等，提高混凝土工作性，同时提高其强度和耐久性。为减少收缩，可加减缩剂、聚丙稀纤维、钢纤