桥梁墩身混凝土开裂原因及防治措施＊

2010-08-15刘会球

外语与翻译 2010年4期

关键词：墩身水化体积

刘会球

(中铁二十五局集团第三工程有限公司,湖南长沙 410001)

桥梁墩身混凝土开裂原因及防治措施＊

刘会球

(中铁二十五局集团第三工程有限公司,湖南长沙 410001)

通过总结桥墩现场施工管理经验,从施工的角度,探讨了墩身大体积混凝土裂缝开裂的原因,从原材料选用、混凝土配合比设计及现场施工控制等方面提出了大体积墩身混凝土裂缝控制措施。实践证明,采取这些措施可取得较好的裂缝控制效果,可供类似工程的施工提供借鉴。

墩身;裂缝;大体积混凝土;温度;防治

桥墩大体积混凝土结构,往往由于施工不当、养护管理不善及混凝土本身等方面的因素,致使结构引起不同程度的开裂。桥梁墩身混凝土开裂可以说是常见病和多发病,严重影响工程质量,降低工程的使用寿命,经常困扰着工程技术人员。防治桥梁墩身混凝土开裂是保证桥梁结构安全的一种措施。混凝土一旦出现裂缝,后期修补费用高、难度大且影响墩身观感。应尽量避免在墩身出现裂缝后再进行检测和修补。

一、墩身大体积混凝土常见的裂缝形式

(一)贯穿整个墩身的纵向深层裂缝

该种裂缝常在桥墩两侧对称、墩身拆模后 1～10 d内即出现,裂缝缝宽 0.2 mm以上,深度在 10 cm以上甚至穿透整个墩身。

(二)混凝土表面出现的龟裂

拆模数日后,混凝土表面常出现不规则的缝宽小于 0.2 mm以下的裂缝,称为龟裂。该种裂缝在桥梁墩身最为常见。裂缝长度不等,深度较浅,开裂面积大。

(三)沿墩身护面钢筋出现的纵向、环向裂缝

该种裂缝只出现墩身护面钢筋外侧,缝宽 0.2mm以上,长度不等,裂缝深度与钢筋保护层厚度有关。该种裂缝形成原因单一,容易控制,在桥梁墩身出现较少。

二、墩身大体积混凝土裂缝产生的原因

按照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000定义,混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于 1m,或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土称为大体积混凝土。大体积混凝土结构通常具有以下特点:混凝土是脆性材料,抗拉强度只有抗压强度的 1/10左右。大体积混凝土的断面尺寸较大,由于水泥的水化热会使混凝土内部温度急剧上升;以及在以后的降温过程中,在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。结合多年的工程实践,墩身大体积混凝土开裂的主要原因如下。

(一)水泥水化热的影响

水泥水化反应过程中放出大量的热量,从而使混凝土内部升高。(可达 70℃左右,甚至更高),且主要集中在浇筑后的 7d左右。因为混凝土内部和表面的散热条件不同,因此混凝土中心温度很高,这样就会形成温度梯度,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

(二)混凝土的收缩

混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形,受到外部约束时 (支承条件、钢筋等),将在混凝土中产生拉应力,使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化,后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

(三)外界气温湿度变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间,外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系,外界气温愈高,混凝土的浇筑温度也就会愈高;如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度下降过快,会造成很大的温度应力,极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响,外界的湿度降低会加速混凝土的干缩,也会导致混凝土裂缝的产生。

三、裂缝的控制措施

(一)混凝土配合比设计控制措施

混凝土配合比设计时,在保证混凝土强度及具有良好工作性能的情况下,应尽可能降低混凝土的单位用水量及水泥用量,并控制混凝土的骨料。

(1)水泥品种选定

水泥水化热主要取决于水泥的矿物组成、用量和放热速率,因此应选择低中热水泥。水泥水化热主要来自水泥矿物中的 C3 S和 C3A,在大体积混凝土中,应优先考虑采用 C3 S和 C3A含量低的水泥,如大坝水泥等。

(2)选择良好级配的骨料,严格控制砂、石的含泥量

中砂,含泥量 <3%,泥块含量 <1%;采用 5～20卵石,含泥量 <1%,泥块含量 <0.5%;针、片状颗粒含量:<15%,砂、石含泥量超标的禁止使用。

(3)减少水泥的用量

在确定混凝土强度及坍落度的情况下,宜用大粒径骨料、合理的集料级配,通过掺粉煤灰、减水剂来减少水泥用量。通过这两项措施,可以降低混凝土中水泥用量的 25%～30%,降低绝热温升 10℃左右。

(4)混凝土的要求

满足泵送前提下,尽量降低坍落度。高温天气时为 160～180mm,阴雨天气时为 140～160 mm。泵送混凝土的水灰比宜为 0.7～0.8。泵送混凝土的砂率宜为 38%～45%。

(二)混凝土施工控制措施

(1)降低骨料温度

混凝土原材料的预冷却,不仅可以降低混凝土的浇筑温度,而且还可以消减混凝土内部水化热峰值,还可以减少混凝土最高温度与表面温度的差值,从而减少温度变形和温度应力。对混凝土原材料的预冷却方法,可采用冷却拌合水或对粗细骨料进行冷却处理。

(2)控制钢筋施工不当引起的裂缝

在施工时,一定要搭设工作平台,避免人员、机械对钢筋的扰动;要在钢筋网之间增加横向、竖向支撑钢筋,焊接成钢筋骨架,增加钢筋骨架的刚度和稳定性,以保证钢筋位置的准确。

(3)增配构造钢筋,提高混凝土抗裂性能

在墩身下部易开裂部位增配小直径、小间距的构造钢筋,提高混凝土的抗裂性能。全截面的配筋率应在 0.3%～0.5%之间。

(4)控制混凝土的入模温度

为了降低大体积混凝土的总温升,减少结构物的内外温差,控制混凝土的入模温度是非常重要的措施。入模温度的高低,与出机温度密切相关,另外还与运输工具、运距、转运次数、施工气候等有关。因此,为降低混凝土的入模温度,应尽量减少混凝土的转运次数,夏季施工时混凝土浇筑尽量避开天气炎热时施工。冬期施工时,混凝土的入模温度不应低于5℃;夏期施工时,混凝土的入模温度不宜高于气温且不宜超过 30℃。

(5)及时排除混凝土泌水

在振捣过程中产生的泌水要及时消除,消除泌水对混凝土层间黏结能力的影响,提高混凝土的密实度及抗裂性能。

(6)加强测温监控

加强混凝土温度监测,如测温时发现内外温差大于 25℃,采取浇冰水养护的方法降低养护温度,减小内外温差。

(7)养护措施

为了确保混凝土施工质量,养护是一个十分重要和关键的工序,必须切实做好。混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件。一般采用降温法、保温法和保湿法等养护措施,工程上常用降温法和保温法养护。降温法是在混凝土内部预埋水管,通入冷却水,降低混凝土内部最高温度,由于降温法的适用性和灵活性,国内已广泛应用。保温法是在裸露的混凝土表面和侧面模板周边覆盖保温材料 (塑料薄膜、麻袋、土工布等),减少混凝土的内外温差,以免混凝土表面温度与中心温度相差大于规范要求。这是一种比较简便有效的温度控制方法。保湿法是在混凝土浇筑成型后,用蓄水、洒水或喷水养护。