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中建昌龙告诉你——桥梁裂缝成因及修补办法

信息来源:http://www.zjcljt.com/ 作者:中建昌龙 发布时间:2019-04-01 16:49

凝土因其性能稳定、材料来源广泛、耐久性好、养护需求低且可以经过浇筑工艺形成各种工程所需要的形状等特点,在工程建设中广泛应用。但混凝土也存在较多难以克服的缺点,主要表现在抗拉性能差,容易形成裂缝,如果这些裂缝没有得到及时正确的处治,任其进一步发展,最终将产生严重的工程危害。



混凝土桥梁裂缝类型及成因


01

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,另外还有自生收缩和炭化收缩。塑性收缩发生在施工过程中,混凝土浇筑后4-5小时左右,水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,此时混凝土尚未硬化。


缩水收缩是在混凝土结硬后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小时产生的收缩。影响混凝土收缩裂缝的主要因素有:水泥品种、标号及用量、骨料品种、水灰比、外掺剂、养护方法、外界环境、振捣方式及时间。


02

温度裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质,当外部环境或内部温度发生变化,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强度时即产生温度裂缝。引起温度变化主要因素有:年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工措施不当等。

 

由于混凝土是热的不良导体,水化初期放出大量热量难以散发,大体积混凝土浇筑后,内部温度较外部高,这将使内部混凝土产生显著的体积膨胀,而外部混凝土却随气温降低而冷却收缩。这种内部膨张和外部收缩相互制约,极易产生温度裂缝。蒸气养护及冬季施工时如措施不当,混凝土骤冷骤热,内外温度不均,也易产生温度裂缝。



当构件较长,且两端固定时,由于周围温度变化将产生附加的温度应力,该附加应力和原有内力的合力超过混凝土强度时就会产生破坏裂缝。


在新旧混凝土接头处,沿接缝面的垂直方向常因水化热的原因而产生温度裂缝。


03

荷载作用下产生的裂缝

(1)弯曲裂缝


在混凝土梁上施加弯矩时,将产生弯曲裂缝。对受弯构件和压弯构件来说,弯曲裂缝首先出现在弯矩最大截面的混凝土受拉区。梁板结构的正弯矩裂缝一般位于跨中,从底边开始向上发展.负弯矩裂缝位于连续或悬臂粱板的支座附近,自上向下发展。


随着荷载的增大,裂缝宽度增大,长度延伸,缝数增多,裂缝区域逐渐向两侧发展。


(2)剪切裂缝


剪切裂缝也称斜裂缝,首先发生在剪应力最大的部位。对受弯构件和压弯构件,裂缝往往发生于支座附近。由下部开始,沿着与轴线成25°~50°左右的角度裂开。随着荷载增大。裂缝长度将不断增长并向受压区发展,裂缝缝数不断增多并分岔,裂缝区也逐渐向跨中方向扩大。


剪切裂缝一旦出现,就应加强观察。如裂缝发展缓慢并限制在受拉区。裂缝宽度在限值以内,此时还允许;但如裂缝不断发展或者裂缝已接近受压区,则不论其宽度和长度如何都应及时予以必要的加固处理。


(3)断开裂缝


钢筋混凝土构件受拉时,进入整个截面的裂缝称为断开裂缝。受拉构件在荷载作用下产生的裂缝均沿正截面开裂,裂缝间距有一定规律。受拉构件在内力较小时,混凝土和钢筋均匀承受拉力,随着内力增大,混凝土内拉应力达到其受拉极限,产生裂缝并退出工作,但裂缝宽度小于规定限值,全部拉力由钢筋承担,这是允许出现裂缝构件的工作状态。


当荷载继续增大,钢筋应力达到屈服极限,钢筋伸长率较大,裂缝很宽,超过设计规范允许宽度的许多倍,这时多为使用所不允许的或构件将接近破坏的状态。




04

钢筋锈蚀引起的裂缝

  因混凝土质量较差,或保护层厚度不足,或保护层被碳化使钢筋周围混凝土碱度降低,或有氯化物浸入,等等,均可引起钢筋表面氧化膜破坏而发生锈蚀反应;锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍,从而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。钢盘锈蚀使得钢筋有效断面减小,钢筋与混凝土握裹力削弱,结构承载力下降,继而将诱发其它形式的裂缝,而其它裂缝的产生又会加剧钢筋锈蚀,最后可能导致结构破坏。


要防止钢筋锈蚀。主要应确保钢筋有足够的保护层厚度(保护层亦不能太厚,否则构件有效高度减小,受力时将加大裂缝宽度);施工时应控制混凝土的水灰比,并应加强振捣,保证混凝土的密实性:还要严格控制含氯盐的外加剂用量,对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用含氯盐的外加剂。


05

基础不均匀沉降引起的裂缝

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。基础不均匀沉降的主要原因有:地质勘察精度不够、试验资料不准;地基地质差异太大;结构荷载差异太大;结构基础类型差别太大;地在冻胀;桥梁基础基于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时,可能造成不均匀沉降。




06

冻胀引起的裂缝

大气气温低于零度时,吸水饱和的混凝土出现冰冻,游离的水转变成冰,体积膨胀9%,因而混凝土产生膨胀应力;同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压,使混凝土中膨胀力加大,混凝土强度降低,并导致裂缝出现。


07

施工质量引起的裂缝

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格,可能导致结构出现裂缝。在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中,若施工工艺不合理、施工质量低劣,容易产生纵向的、横向等各种裂缝,特别是细长薄壁结构更容易出现。




裂缝修补方法

01

表面封闭修补法

包括表面涂抹和表面贴补法。表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝,深度未达到钢筋表面的发丝裂缝,不漏水的裂缝,不伸缩的裂缝以及不在活动的裂缝。通常在混凝土表面沿宽度较小的裂缝涂抹树脂保护膜,在裂缝宽度有可能变动时,可采用具有跟踪性的焦油环氧树脂等材料。在裂缝多而且密集或者混凝土老化、砂浆离析的结构物上也可大面积涂抹保护膜。


表面贴补法一般用于大面积漏水的防渗堵漏。


02

凿深槽修补法

宽度小于0.3mm,深度较浅的裂缝、以及小规模裂缝的简易处理可采用取开V型槽:先沿裂缝凿一条深槽,槽形根据裂缝位置和填补材料而定,然后在槽内嵌补各种黏结材料,如环氧砂浆、沥青、甲凝等,作业简单,费用低。


03

表面喷浆法

  在经凿毛处理的裂缝表面,喷射一层密实而且强度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、性质和修补要求与条件,还可采用无筋素喷浆修补方法。


04

打箍加固封闭法

  当钢筋混凝土产生主应力裂缝时,可采用在裂缝处加箍使裂缝封闭的方法。箍可用扁钢焊成或圆钢制成,可以直箍也可以斜箍。其方向应和裂缝方向垂直。箍与梁的上下面接触处可垫以角钢或钢板。角钢或钢板面积及箍的横截面积,按修补加固部位主应力的大小、箍的安全应力及混凝土的抗压强度通过计算确定。


05

结构补强法

  因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成裂缝等影响结构强度可采取结构补强法、锚固补强法、预应力法等。


①粘钢:将整个钢板粘贴于待修补的裂缝位置上,使其与原有的混凝土成为整体,从而提高对活荷载的抵抗力。用于粘贴的钢板厚度一般为4.5 mm~6 mm,而混凝土与钢板的粘接剂一般采用环氧基液粘接剂。


②灌胶:在混凝土表面与钢板之间加垫块等使两者之间保持一定空隙,并用环氧树脂胶泥封闭四周,而后注入环氧树脂。同时排出空隙中的空气。由于是从一方注入因而容易残留气泡,施工时一般用木槌随时敲打钢板来确定是否灌实。这种施工法虽然费时,但即使混凝土表面不平整也可进行施工。


06

仿生自愈合法

仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法,它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质,而使创伤部位得到愈合的机能,在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分,在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统,当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。


07

裂缝处理效果检查

包括修补材料试验、钻芯取样试验、压水试验、压气试验等。


结语


由上述可知,设计疏漏、施工低劣、监理不力,均可能使混凝土桥梁出现裂缝。因此,严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理,是保证结构安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中,进一步加强巡查和管理,及时发现和处理问题,也是相当重要的环节。


随着我国公路桥梁事业的发展和裂缝开展机理的进一步研究,影响因素逐渐量化。随着结构计算理论的发展和计算软件的应用,大部分因素对钢筋混凝土裂缝的影响能够较准确的计算出来,采取适当的措施可以预防和控制裂缝开展。