1 裂縫產生的原因分析

1.1 材料選擇不當形成裂縫

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量不合格,可能導致結構出現裂縫。主要表現在以下幾點:水泥安定性不合格、強度不足、水泥受潮或過期,導致混凝土強度不足,從而引起混凝土開裂;砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大,將導致水泥和用水量加大,影響混凝土的強度,使混凝土收縮加大;拌合水或外加劑中氯化物等雜質含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。

1.2 鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質量較差或保護層厚度不足,混凝土保護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生銹蝕反應,其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2~4倍,從而對周圍混凝土產生膨脹應力,導致保護層混凝土開裂、剝離,沿鋼筋縱向產生裂縫。

1.3 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的性質,當外部環境或結構內部溫度發生變化,混凝土將發生變形,若變形遭到約束,則在結構內將產生應力,當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。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冷寬。表面溫度裂縫常出現在現澆混凝土1~2d之間,深層溫度裂縫與貫穿溫度裂縫常開始出現在現澆混凝土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,致使內部溫度很高,內外溫差太大,導致表面出現裂縫。在冬季施工中,過早除掉保溫層,或受寒潮襲擊,都導致混凝土因早期強度低而產生裂縫。此外當預制構件采用蒸汽養護時,由于降溫過快或構件急于出池,急帶揭蓋,均使混凝土表面收縮,產生裂縫。(2)深層貫穿裂縫多由于結構降溫差值大,受外界的約束而引起的。如現澆橋臺混凝土或大體積剛性擴大基礎,澆筑在堅硬的地基上,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,溫度很高,加上水泥水化熱的溫度升高很大,使溫度更高。當混凝土冷卻收縮大拉應力,進而產生降溫收縮裂縫;這類裂縫有時成貫穿狀。

1.4 藝質量導致的裂縫

在橋梁建設中,有相當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,在混凝土結構構件制作、運輸、安裝過程中,施工工藝不合理、施工質量較低,容易產生各種形式的裂縫。具體有以下幾點。

(1)混凝土的拌制:攪拌設備為500型強制式攪拌機,拌和時間為每盤料大約3min,拌和時間適中,坍落度為9~13cm,拌和過程中有不均勻現象。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,附著式震動器為輔(主要在梁端10m處使用)。澆注過程出現過震現象,致使混凝土表面粗細骨料離析,靠近模板表面的混凝土細骨料集中。

(3)混凝土養生:在夏天由于白天氣溫大多超過30℃,最高氣溫達到35℃,梁體側面不易吸附水分,氣溫過高加快了梁體水分的蒸發,致使表面產生干縮裂縫。由以上分析可知:水平構造鋼筋、施工原材料、混凝土自身應力、模板及制梁臺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生收縮裂縫。

2 對混凝土裂縫的處理建議

2.1 表面處理法

采用表面處理法進行修補,在混凝土表面沿裂縫涂抹樹脂保護膜。施工時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,再進行必要的涂抹。表面處理法包括表面涂抹和表面貼補法,表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細而淺的裂縫,深度未達到鋼筋表面的發絲裂縫,不漏水的裂縫,不伸縮的裂縫以及不在活動的裂縫。表面貼補法適用于大面積漏水的防滲堵漏。

2.2 填充法

用修補材料直接填充裂縫,一般用來修補較寬的裂縫(0.3mm),作業簡單,費用低。寬度小于0·3mm,深度較淺的裂縫以及小規模裂縫的簡易處理可采用取開V型槽,然后作填充處理。對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行處理。沿裂縫7~8cm寬度的范圍內,用砂輪機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 結構補強法

因超荷載產生的裂縫、裂縫長時間不處理導致的混凝土耐久性降低、火災造成裂縫等影響結構強度可采取結構補強法、錨固補強法、預應力法等。此外,還可以采用灌漿法等。同時,要加強混凝土裂縫處理效果的檢查,包括修補材料試驗;鉆芯取樣試驗;壓水試驗;壓氣試驗等。

3 裂縫的預防

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力增大。所以,應在不影響強度和施工進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度的前提下可減少15%的水泥用量,同時增加粗骨料,以補充減少水泥的體積。根據各個混凝土強度級別不同,規范對砂、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,所有材料都應嚴格控制在規范要求以內。

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間應控制在2~3min左右,攪拌時間不宜過長也不能過短,過短攪拌不均勻,過長會破壞材料結構;混凝土澆注過程中多做幾次坍落度實驗,嚴格控制施工水灰比。

(2)混凝土澆注:澆注過程中采用插入式振搗器為主,附著式震動器為輔(主要在梁端10m處使用)。附著式震動器應采用間歇式震動,每次開啟的時間大約為30s左右,以避免澆注過程出現過震現象,以使混凝土產生離析。插入式振搗器的振搗間距應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漏震現象。

(3)混凝土養生:當施工氣溫大超過30℃,梁體水分的蒸發非常快,且梁體側面不易吸附水分,如果梁體表面的水分被蒸發,梁體表面的混凝土要進行水泥的水化和硬化反應,就會吸取梁體內部的水分,從而加快混凝土的干縮。要使梁體有足夠的水分進行水泥的水化和硬化反應,就必須即時對預應力構件進行灑水養生。規范要求灑水養生的間隔時間最小為2h,必要時可減為1.5h一次。

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

3.3 模板設計及臺座制作

側模:根據梁體結構形式進行設計,在滿足幾何尺寸的前提下,盡量減少直角連接,減少應力集中點;模板表面打磨光滑,減小摩阻力。

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

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