桥梁裂缝成因与修复措施浅析_混凝土结构裂缝成因及控制措施

来源:工程科技 发布时间:2019-03-30 05:48:17 点击:

  摘要:现代的混凝土桥梁正向着大跨度,结构整体性好的方向发展,这就对桥梁施工时的技术难度发出了严峻的挑战。混凝土桥梁的裂缝是桥梁的主要病害之一,其成固复杂而繁多,工程师带来了很大的难题。本文对混凝土桥梁裂缝的产生原因及修复办法进行简要的总结,以达到使桥梁结构安全、耐用及美观的目的。
  关键词;混凝土桥梁,病害产生原因,裂缝修复方法
  
  裂缝是混凝土桥梁最为常见的病害之一,桥梁一旦出现裂缝无论是从美观角度,抑或是从结构的安全角度都是十分有害的。现今的混凝土桥梁正向着大跨度,结构整体性好的方向发展,因此对裂缝的控制也就成为决定一座桥梁的成败之所在。由于混凝土桥梁的裂缝成因复杂,种类繁多,因此引起了桥梁工程界的普遍关注,本文就混凝土桥梁裂缝的成因及修缮办法进行简要的分析,以达到提高桥梁施工质量的目的。
  
  1、混凝土桥梁裂缝的产生原因
  由于混凝土材料的复杂性,加之桥梁施工受外界环境的影响较大,不可避免的造成了混凝土裂缝成因繁多而复杂,即使是一条裂缝也不止受单一的因素影响。根据其产生的原因,可总结为下述情况:
  1.1 作用于桥上的荷载所产生的裂缝
  桥梁在施工及使用阶段长期受动、静荷载作用以及次应力的作用,在设计、施工及使用阶段都有可能产生疏忽以至于产生裂缝。在设计阶段,可能由于结构设计人员计算模型选用不当,荷载考虑不全,应力与配筋计算不当,或是结构的安垒系数取得过低都有可造成裂缝。在施工阶段由于施工组织人员安排欠妥,不加限制地堆放施工材料和器械,或是不了解预制结构的受力特点,造成部分梁段的受力过大,不可避免的产生破坏。在使用阶段可能由于运输车辆超载,在桥段的弯矩最大部位产生裂缝。此外,在不可预料的地质灾害和气象灾害中(如:地震、台风等)桥梁结构也会开裂甚至破坏。在众多的荷载中应力集中是产生荷载裂缝主要原因之一。次应力也是产生荷载裂缝的常见原因,次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生的裂缝。在实际工程中,次应力裂缝难以做到合理验算,在设计时常常也是根据经验进行配筋,和应力集中存在近似的开裂原因,不过随着科技的进步,有的次应力裂缝已经可以做到合理验算了。桥梁中的混凝土结构往往都处在复杂应力状态,应力状态的不同,出现的裂缝也会有所不同。荷载裂缝一般易出现在受拉区、受剪区,最常见的裂缝形式是平行裂缝和斜裂缝。
  
  1.2 混凝土收缩引起的裂缝
  混凝土在凝结过程中,会因为外界环境的不同而产生不同程度的体积变化,其中最主要的是收缩变形。收缩变形主要分为塑性变形、千缩变形、、自收缩变形、碳化变形。各种
  收缩变形都可能导致混凝土开裂。几种常见的收缩变形有:
  1.2.1 塑性收缩
  混凝土还处于塑性状态时产生的体积收缩就叫塑性收缩。当混凝土表面水分蒸发大于表面泌水速率时就会产生塑性收缩。塑性收缩的比例很大,高时可达1%。当
  塑性收缩受到混凝土内部钢筋、粗骨料或是基底约束时就会导致表面开裂。为减小塑性收缩,施工时要选择合适的配合比,振捣要密实,有时还需进行分成浇注。
  1.2.2 干缩变形
  混凝土凝结以后,表层水分会逐步蒸发,湿度逐步降低,从而引起混凝土体积减小,这称为混凝土的干缩。由于表面水分蒸发快,内部蒸发慢,因此表层混凝土的收缩大干内部混凝土的收缩,这样表层混凝土就会受到内部混凝土的约束,当约束应力达到此时混凝土的抗拉强度时,就会出现开裂。
  1.2.3 自收缩
  处于与外界无水分交换条件下,混凝土内部未水化的胶凝材料吸收毛细管中的水分而水化,使毛细管失水,由于毛细管压力使水泥浆产生的收缩称为自收缩。随着高性能和高强度混凝土的发展,混凝土的自收缩也开始变大,成为高强高性能混凝土早期开裂的主要原因。当混凝土成型后,弹性模量开始增加,内部的收缩变形在受到约束的条件下形成内应力,而早期混凝土抗拉强度还很低,自收缩就可能引起微裂纹。
  
  1.3 温度变化引起的裂缝
  混凝土具有热胀冷缩的性质。水泥水化大部分集中在混凝土硬化初期,会放出较多的热量。由于混凝土散热缓慢,所以在大体积混凝土中,如不才取人工措施,混凝土内部温度会明显偏高,产生膨胀,而在同时,混凝土外部却随气温降低而冷却收缩,这是就会在混凝土中产生很大的温度应力。如果这个温度应力达到此时混凝土的极限抗拉强度,就会开裂。所以,对大体积混凝土,要尽量降低混凝土的发热量。另外,年温差、日照、骤然降温、养护不当等也会造成混凝土开裂。
  
  1.4 冻胀作用引起的裂缝
  这种情况多发生在冬天大气气温低干零度的北方地区,混凝土中的游离水在低温下转变为固态,体积膨胀,使混凝土的内部产生膨胀应力,当膨胀应力超过混凝土的强度后,就会引起混凝土的开裂。
  
  1.5 桥梁基础变形引起的裂缝
  在基础垂直方向上的不均匀沉降或水平方向上的位移,都会使结构中产生附加应力,导致桥梁产生裂缝。因此产生变形的原因也可以归结为产生裂缝的原因,例如分期建造基础,新建基础使地基土重新固结,导致旧基础的进一步沉降s或是像北方寒冷地区的地基土冻胀,使上部结构产生变形。
  
  1.6 建筑材料质量引起的裂缝
  由于混凝土由水泥,砂,石,水及外加剂等多种材料所组成,材料的质量的不合格就会产生裂缝。像水泥可能由于强度,安定性等达不到要求而使混凝土产生裂缝;砂、石骨料的颗粒级配如果不良,也有可能造成裂缝。
  
  2、混凝土桥梁裂缝修补措施
  
  混凝土桥梁开裂后修补裂缝的方法也是多种多样的,如:灌浆法、嵌缝法、表面修补法,结构加固法、混凝土置换法等等。
  灌浆法是利用压力设备将胶结材料压人混凝土的裂缝中,胶结材料硬化后与混凝土形成整体,从而达到封堵加固的目的。常用胶结材料有环氧树脂或水泥浆。
  嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法,它通常是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的。
  表面修补法是一种简单、常见的修补方法。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料,若在裂缝表面粘贴玻璃纤维可以防止混凝土继续开裂。
  结构加固通常是加大混凝土结构的截面面积,在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
  混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换人新的混凝土或其他材料(如水泥砂浆、聚合物)。
  
  3、总结语
  
  综上所述,裂缝作为混凝土桥梁的主要病害,就其产生的原因是十分复杂的。在设计中考虑不周,施工过程中不遵守规则,运营管理时不严加控制,均可能造成裂缝的产生。桥梁工程作为生命线工程之一,一定要保持其持久耐用与使用安垒。因此,应当各个环节做到严格控制,保证不发生问题,即使发现问题也要及时想办法解决,做出真正能保证安全使用,耐久性又良好的桥梁。

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