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隨著公路工程建設的不斷發展,橋梁結構也愈加大型化、復雜化,而橋梁結構所引起的裂縫問題已經成為普遍性的技術難題。何為裂縫?從廣義上分析裂縫是指固定材料中出現不連續現象。而橋梁裂縫則是由于結構與荷載的作用導致橋梁某些部位的受力與抗力不均衡,從而表現為裂縫。橋梁一旦在施工與使用過程中出現裂縫,將直接影響工程質量,但對于相當一部分的裂縫,尤其是淺層裂縫,都可以采用相關的修補方法進行控制與彌補,從而避免裂縫的進一步擴大,延長橋梁的使用壽命與承載力。
本文針對橋梁結構的淺層裂縫,重點探討具體的修補方法,以期為有效控制橋梁結構裂縫提供一定的參考價值。
2橋梁結構淺層裂縫修補的必要性
通常情況下,橋梁混凝土結構中受拉鋼筋的應變總是超過混凝土拉伸應變,所以工程中出現淺層裂縫是常有的現象。橋梁結構中混凝土在初拉應力與彎曲應力的共同作用下,初始的淺層裂縫總是很細很短(
《橋梁檢定規范》中要求:對于普通鋼筋混凝土橋梁的主筋附近豎向淺層裂縫的最大限值是小于等于0.25mm,腹板豎向淺層裂縫的最大限值是小于等于0.30mm;對于預應力鋼筋混凝土橋梁的縱向淺層裂縫最大限值小于等于0.20mm,橫隔板裂淺層縫最大限值小于等于0.30mm。由于橋梁是暴露在大氣中的,鋼筋等材料會受到有害介質的侵蝕,當淺層裂縫較多且寬度較大時,橋梁的強度就會明顯降低,所以當淺層裂縫超過限值時就應該進行及時的修補,以保證橋梁結構的耐久性。
3橋梁結構淺層裂縫的修補技術
3.1裂縫修補的程序
橋梁結構淺層裂縫修補的程序主要是:首先對橋梁裂縫進行仔細的檢查與觀測,考慮修補的必要性,考慮的因素有承載力、耐久性、防水性以及美觀性等;其次,對于橋梁不同部位不同類型的裂縫選擇適宜的修補方法,常用的修補方法有表面封閉修補法、壓漿法以及表面粘貼法等;最后就是明確具體的修補日期,實施規范化的修補工程。
3.2裂縫修補的方法
(1)表面抹灰法
表面抹灰法是指將水泥漿、環樣基液以及環氧砂漿等抹涂于橋梁裂縫部位的砌體或者表面的一種方法。若采用水泥砂漿的話,配制時選擇的沙子不宜太粗,水泥采用普通水泥即可。具體的修補步驟是:首先應將橋梁裂縫附近的混凝土鑿毛,盡量使糙面平整,再灑水保持濕潤,但不宜留水珠,然后采用1:2的水泥砂漿抹涂,抹涂時混凝土表面不宜有流水,可考慮先用純水泥漿刷一層底漿。其次,根據總厚度(一般為1.0cm至2.0cm),可分次抹涂水泥砂漿,一次不宜過厚也不宜過薄,因為過厚容易在橋梁裂縫側面引起流淌,過薄易導致收縮開裂。接著,待收水后,可采用鐵抹壓實、抹光。需要注意的是:修補時溫度較高的話,需要在涂抹后3小時后進行灑水養護,避免陽光直射;修補時溫度較低的話,需要注意保溫,不可受凍。
(2)表面粘貼修補法
表面粘貼修補法是采用膠粘劑將鋼板等粘貼在橋梁裂縫部位的混凝土表面的一種方法。首先需要對鋼板進行表面處理,根據需要的尺寸裁好鋼板,采用打磨機進行研磨,再對橋梁混凝土的表面進行修鑿,使其表面平整。其次,采用丙酮擦洗橋梁修補部位的混凝土表面與鋼板表面,并在混凝土與鋼板表面均勻涂刷環氧基液黏結劑,采用方木、螺栓等進行貼壓;待養護到規定時間后將方木等支架材料拆除,并在鋼板表面涂刷護漆。
(3)打箍加固封閉法
當橋梁鋼筋混凝土梁件出現主應力裂縫時,可考慮在裂縫處采用打箍加固封閉法。該法中的箍是采用扁鋼焊成或者圓鋼制成的,方向應該與裂縫方面垂直。具體的箍與梁上下面接觸的部位可以采用角鋼或者鋼板進行加墊,具體如圖1所示:
圖1打箍加固封閉法的修補示意圖
其中,1表示鋼墊板;2表示兩端帶帶螺紋的U形鋼箍;3表示墊片;4表示角鋼;5表示長方形鋼箍,彎倒后與角鋼焊接并加鍥塊塞緊。
(4)填縫法
填縫法是橋梁裂縫修補法中最簡便的一種方法,也是采用率最多的一種方法。具體操作時,首先將橋梁裂縫清理干凈,再根據橋梁裂縫的寬度選擇不同的工具進行操作,如:勾縫刀、抹子,刮刀等。接著,采用1:2.5的水泥砂漿進行填縫處理。該修補方法可在美觀,耐久性等方面起到一定作用,面對砌體的整體性,強度等方面所起的作用甚微。
4總結
綜上,橋梁在建造與使用的過程中,很容易出現一些淺層裂縫,將裂縫增多且裂縫寬度超過限定值時,就會直接影響橋梁的結構穩定,所以及時規范地對橋梁淺層裂縫進行修補,對質于提高橋梁承載力是至關重要的。
參考文獻
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一、混凝土橋梁裂縫及成因
根據裂縫形成的原因,可將其分為兩大類。一般把由于設計、施工、選材不當,或結構所受荷載超過了設計荷載以及未預料到的事故等原因所造成的裂縫稱為結構裂縫。除上述以外的原因引起的裂縫稱為非結構裂縫。[1]
(一)結構裂縫的主要形式及其產生的原因
1.網狀裂縫的特點及產生原因。此種裂紋多出現于腹板上,屬表面龜裂, 無固定規律, 其深度不致觸及鋼筋,寬度很小(0.01~0.05mm),寬度在0.05mm 時,肉眼可見,以手觸之有凸起之感。產生的原因主要是由混凝土梁表面與內部收縮不均勻引起。
2.下翼緣受拉區裂縫的特點及產生原因。裂縫在跨中分布較密(間距約占0.1~0.2m),兩端逐漸減少,裂縫方向大致與主筋垂直,由下翼緣向上發展,至下梗肋即終止且寬度較細,一般在0.03~0.1mm之間;在動載作用下一般變化不大,經過較長時間運營已趨穩定。產生的原因:由于混凝土抗拉能力很低,梁受力產生撓曲變形所至。
3.橫隔板處豎向裂縫特點及產生原因。在梁端及腹板斷面的梁上均有發生,由棱角邊緣向上延伸;寬度0.2~0.3mm。產生的原因:由于偏載、扭轉(支座不平)等兩片梁受力不勻;豎直剪力及腹板厚度劇變處應力集中等。
(二)非結構裂縫的主要形式及其產生的原因
1.沉陷裂縫的特點及產生原因?;炷镣耆不?,其中的固體顆粒要緩慢下沉,并排出內含的氣和水。此時結構物中的鋼筋、預埋件、粗骨料以及模型板都有可能阻礙混凝土的沉陷,從而沿鋼筋、預埋件和模型板邊緣出現短而粗的斷續裂縫。
2.塑性收縮裂縫的特點及產生原因?;炷翝仓瓿珊?,如果表面水分的蒸發速度超過內部水分上升到表面的速度,在混凝土表面就會出現均勻分布的、細的、相當直的塑性收縮裂縫。只要在施工中采取相應的措施,就能減少以至消滅以上兩種裂縫。
3.收縮裂縫的特點及產生原因。這種裂縫在形成之初通常是很細的,寬度一般不會超過0.05mm。隨著混凝土的干縮,裂縫會逐漸加寬,直到幾個月后才趨于穩定。要避免這種裂縫是比較困難的。如果混凝土配比不當,局部灰漿集中或水灰比過大,造成混凝土不均勻收縮,也會局部產生大量收縮裂縫,這種裂縫應當避免。
(三)混凝土梁產生裂縫的主要原因
1.與材料有關的原因。水泥凝結時間不正常,水泥水化熱過大,水泥膨脹量過大,使用活性骨料,骨料風化或含泥量大,混凝土干燥收縮,混凝土沉降收縮或濾水過多。
2.與施工有關的原因。拌和不均勻,攪拌時間過長,澆灌速度過快,振搗不充分,接縫處理不當,保護層厚度不夠或鋼筋被擾動,模板漏漿,支撐下沉,拆模過早,初期受凍,初期養護不夠,硬化前受振動或加荷,預應力混凝土過早張拉或超張拉,養護混凝土時內外溫差過大。
3.與使用環境有關的原因。環境溫差與濕度變化過大,鋼筋銹蝕、環境水的侵蝕作用,火災或表面過熱,凍脹或反復凍融作用,混凝土表面炭化。
二、混凝土橋梁的修補方法[3]
(一)表面封閉修補法
1.表面涂抹。通常是在混凝土表面沿寬度較小的裂縫涂抹樹脂保護膜,在裂縫寬度有可能變動時,可采用具有跟蹤性的焦油環氧樹脂等材料。在裂縫多而且密集或者混凝土老化、砂漿離析的結構物上也可大面積涂抹保護膜。
2.“V”形或“U”形槽口充填修補。在只用上述表面涂抹處理不能充分修補的場合,可采用如下方法:在混凝土表面沿裂縫鑿出“V”形或“U”形槽口,然后用樹脂砂漿充填修補。填補前要用鋼絲刷清除鑿后已浮動的混凝土碎片,必要時可先上底層涂料然后填塞樹脂砂漿。
3.鑿深槽嵌補。先沿裂縫鑿一條深槽,槽形根據裂縫位置和填補材料而定,然后在槽內嵌補各種黏結材料,如環氧砂漿、瀝青、甲凝等。
4.表面噴漿。噴漿修補是在經鑿毛處理的裂縫表面,噴射一層密實而且強度高的水泥砂漿保護層來封閉裂縫的一種修補方法。根據裂縫的部位、性質和修補要求與條件,可采用無筋素噴漿,或掛網噴漿結合鑿槽嵌補等修補方法。
(二)壓力灌漿法
先將結構物的裂縫或孔隙與外界封閉僅留出進漿口及排氣孔,然后將配制的較低黏度的漿液通過壓漿泵以一定的壓力將漿液壓入縫隙內并使其擴散、膠凝固化,以達到恢復整體性、強度、耐久性及抗滲性的目的。
1.水泥灌漿修補法。實施灌漿前應對修補部位裂縫再仔細檢查一遍,以確定修補數量、范圍、鉆孔眼位置及漿液數量。灌漿一般采用不低于42.5級的普通水泥,灌漿壓力一般為4.05×105~6.08×105Pa,漿液濃度一般不小于1.6:1(水與水泥的重量比)。灌漿加壓設備,在工程量較大時宜采用灌漿機、灌(壓)槳泵,也可采用風泵加壓。工程量不大時可用手壓泵施工,工程量特小時,可采用類似打氣筒等工具改制成的注射器施工。
2.化學灌漿法。灌漿材料應具備黏結強度高、可灌性好等基本要求,一般常采用環氧和甲凝兩類材料。環氧灌漿是以環氧樹脂為主體,它的黏結力強、穩定性好、收縮小、耐腐蝕及機械強度高,裂縫寬度在0.1mm以上時采用環氧灌漿。甲凝灌漿是以甲基丙烯酸甲酷為主體,它具有黏度低可灌性好、抗拉強度高等特點,常用于修補裂縫寬度在0.1mm以下的細裂縫。灌漿一般采用純壓法灌漿。對于細小裂縫漿液需要較長的膠凝時間,常采用單液法灌漿。此時將所用的漿液在泵前混在一起,用灌漿機進行灌注。對于較寬的裂縫,要求漿液膠凝時間較短,常采用雙液法灌漿,此時將所用的漿分成兩大部分,用灌漿機分兩路送至灌漿孔口混合裝置再灌入裂縫。灌漿可采用單孔或群孔同時灌漿,但必須留有一定數量的排氣孔。當在長裂縫上同時布有幾個灌漿孔時,可按裂縫的深淺由下而上的順序進行灌漿。當用灌漿泵進行灌槳時,壓力一般由小至大逐步升高,達到設計壓力后,再保持壓力穩定,直至灌漿達到一定要求(吸漿率小于0.01以min時再延緩幾分鐘)再將阻塞器上的進漿管閥門關閉,以使裂縫內漿液在受壓狀態下膠凝固結。 灌漿完畢待漿液聚合固化后,即可將灌漿嘴一一拆除,并用環氧膠泥抹平。最后對每一道裂縫表面再刷一層環氧樹脂水泥漿,確保封閉嚴實,并使其顏色與混凝土結構盡量保持一致。
(三)黏貼鋼板施工法
黏貼鋼板施工法是將整個鋼板黏貼于待修補的裂縫位置上,使其與原有的混凝土成為整體,從而提高對荷載的抵抗力。用于黏貼的鋼板厚度一般為4.5~6mm,而混凝土與鋼板的黏結劑一般采用環氧基液黏結劑。
1.注入法黏貼鋼板。這種方法是在混凝土表面與鋼板之間加墊塊等使兩者之間保持一定空隙,并用環氧樹脂膠泥封閉四周,而后從注入口注入環氧樹脂,同時排出空隙中的空氣。由于是從一方注入因而容易殘留氣泡,施工時一般用木錘隨時敲打鋼板來確定是否灌實。這種施工法雖然費時,但即使混凝土表面不平整也可進行施工。
2.壓黏法黏貼鋼板。這種施工方法是在混凝土表面及鋼板表面各涂上1~2 mm厚的環氧樹脂,然后利用已固定在混凝土中的錨桿把鋼板壓緊在混凝土面上,隨著環氧樹脂被擠出,黏貼面之間的空氣也被排出。用這種方法幾乎不會殘留氣泡,黏結效果也好。
三、結論
綜上所述,混凝土橋梁出現裂縫的因素很多。因此,嚴格按照國家有關規范、技術標準進行設計、施工和監理,是保證結構安全耐用的前提和基礎。在運營管理過程中,進一步加強巡查和管理,及時發現并采取適當的處理方式處理裂縫,也是相當重要的環節。
參考文獻
[1]俞琦、陳語、王家林,橋梁抗震分析方法[J].重慶交通學院學報, 2006;
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1 裂縫形成原因分析
影響混凝土結構開裂的因素是復雜的,涉及到材料使用不當、配合比設計不合理、施工質量低劣、結構設計失誤、運營中超負荷工作以及結構物所處的自然環境不良等幾項原因。分析裂縫成因根據危害性制定相應的修補處理方式,若不經分析或忽視原因分析就進行裂縫處理,往往會導致修補、加固無效而不得不再次修補及加固。
2 裂縫的主要危害性
裂縫對結構物危害主要表現在對結構強度和耐久性的降低。鋼筋混凝土結構物一旦產生裂縫,對本身會產生安全上及使用上的影響。外部環境的有害成分侵入,會使裂縫部分持續擴大及劣化,造成使用性能的降低,而導致使用壽命的縮短,甚至會影響結構物的安全性。
2.1對結構強度的影響
結構物裂縫發生后,其本身的剛性、剪力強度、拉力強度、抗彎強度都會降低,并可能導致結構行為發生應力重分配,造成進一步的破壞。裂縫嚴重時,可能會使構材掉落而造成危害。
2.2對耐久性能的影響
裂縫對耐久性的影響,最主要的是加速混凝土中性化,使鋼筋腐蝕速度變快,并因漏水、滲水,造成發霉、滲斑而使得保護層剝落,而縮短結構物的使用年限。
3 裂縫修補技術
修補裂縫的目的在于使結構因開裂而降低的功能和耐久性得以恢復。對于因承載能力不足所產生的裂縫,單純修補已很不夠,尚需進行補強加固。裂縫修補的根據是裂縫調查、原因分析及危害性評定。
裂縫修補方法主要有表面修補法,灌漿封堵法,結構加固法,混凝土置換法,電化學防護法等。目前根據裂縫部位及裂縫大小主要使用表面修補法、灌漿法、結構加固法。
3.1表面處理法
表面處理法是針對小于0.15mm的微細裂縫,采用環氧類封縫膠,涂刷于裂縫表面,達到恢復其防水性及耐久性的一種常用裂縫修補方法。該法施工簡單,但膠體無法深入到裂縫內部。在表面防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂,通??梢圆捎迷诹芽p的表面粘貼碳纖維布等措施。
表面處理法的施工要點是,先用鋼絲刷將混凝土表面刷毛,清除表面附著污物,用水沖洗干凈,干燥后再用封縫膠涂抹于混凝土表面缺損處,涂覆應均勻,不得有氣泡。
3.2灌漿法
灌漿法是指施加一定的壓力,將封縫膠灌入結構物內部裂縫深部,以達到封閉裂縫,恢復結構整體性、耐久性及防水性的目的。適用于裂縫寬度較大、深度較深的裂縫修補,尤其是受力裂縫的修補。主要施工程序如下
3.2.1埋設灌漿嘴
對于細而淺的裂縫,可用鋼絲刷沿縫進行表面刷毛和清潔處理,然后騎縫用環氧膠泥粘貼灌漿嘴;對于寬而深的裂縫,宜沿縫開鑿“V”槽,然后騎槽粘埋灌漿嘴;對于大體積混凝土結構上的很深裂縫,應騎縫鉆孔或斜向鉆孔至裂縫深部,然后在孔內埋設灌漿管。灌漿盒、灌漿嘴及灌漿管設于裂縫交叉處、較寬處、端部及裂縫貫穿處等部位。
3.2.2封縫
封縫目的在于使裂縫形成一個密閉的空間。對于不鑿槽裂縫可用環氧膠泥封縫,先沿裂縫刷一道環氧樹脂基液,后抹一層環氧膠泥。對于鑿“V”型槽裂縫,可用水泥砂漿封縫,為加強砂漿與界面的粘著力,應先于槽面上刷一層環氧樹脂漿液,然后才嵌填水泥砂漿。
3.2.3密封檢查
為保證密閉縫體的密閉性及承受灌漿壓力作用,應對封縫密封效果進行檢查。辦法是,待封縫膠泥或水泥砂漿固化后,沿縫涂一層肥皂水,并從灌漿嘴向縫中通入壓縮空氣,若無冒泡現象,表示密封效果良好,否則應予修補。
3.2.4配制漿液
灌漿材料要求粘結力強,可灌性好,目前長使用的是環氧樹脂類膠液;膠液根據不同情況進行混合調制,稠度過大往往會使注膠的壓力也大,粘稠度大影響注膠效果,持壓時間也大影響施工進度。因此膠液的配置要結合實際情況靈活掌握。
3.2.5灌漿
啟灌之前,先接通管道,打開灌漿嘴上氣閥,用氣壓為0.2Mpa以上的壓縮空氣將管道及裂縫吹干凈。灌漿順序自下而上,由一端向另一端依次連續進行。灌漿壓力以0.2~0.4Mpa為宜,壓力逐漸升高,防止驟然加壓對管道造成破壞。
3.2.6封口
灌漿后待縫內漿液初凝而不外流時,可拆除灌漿嘴,用環氧膠泥對灌漿孔進行封口抹平。進行灌漿封閉的縫要進行抽樣開孔檢查,以保證灌漿封閉質量。
3.2.7灌漿質量檢查
灌漿密實情況,一般可采用鉆芯法取樣檢查漿體的外觀質量,測試漿體的力學性能。
3.3結構加固法
當裂縫影響到混凝土結構的性能時,就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法:加大混凝土結構的截面面積、粘貼鋼板加固、粘貼碳纖維布、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。其中粘貼鋼板包括:注入法粘貼鋼板和壓粘法粘貼鋼板。注入法粘貼鋼板這種方法是在混凝土表面與鋼板之間加墊塊等使兩者之間保持一定空隙,并用環氧樹脂膠泥封閉四周,而后從注入口注入環氧樹脂,同時排出空隙中的空氣,由于是從一方注入因而容易殘留氣泡,施工時一般用木槌隨時敲打鋼板來確定是否灌實,這種施工法雖然費時,但即使混凝土表面不平整也可進行施工。壓粘法粘貼鋼板。這種施工方法是在混凝土表面及鋼板表面各涂上1~2厚的環氧樹脂,然后利用已固定在混凝土中的錨桿把鋼板壓緊在混凝土面上,隨著環氧樹脂被擠出,粘貼面之間的空氣也被排出,用這種方法幾乎不會殘留氣泡,粘結效果也好,此法適用于混凝土表面平整的場合。
3.4混凝土置換法
混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法,此方法是先將損壞的混凝土剔除,然后再置換人新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有:普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。
3.5電化學防護法
電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用,改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態。鈍化鋼筋,以達到防腐的目的。
4 預防和減少混凝土裂縫產生的措施
雖然現在混凝土裂縫修補的方法越來越多,效果也越來越好,但還是要在混凝土設計、施工、運營中做到以預防為主。設計單位應根據預測的運營情況、結構物所處的環境設計出相符合使用要求的結構形式;混凝土施工中溫度控制要有具體要求,確定外加劑的品種和摻量,確?;炷潦湛s與膨脹相抵消;混凝土配合比控制要求嚴格,計量要準確,坍落度抽檢工作要加強,不能流于形式;混凝土振搗要密實,拆模后須及時養護;施工過程中還應經常觀察模板的位移和混凝土澆搗的密實情況,不能漏振、過振;混凝土結構物運營過程中應避免超負荷工作,根據混凝土所處的環境還應做好混凝土防腐保護工作。
公路橋涵混凝土結構裂縫形式多樣,裂縫成因復雜,只有在全面調查、認真分析之后,結合實際情況,制定出經濟、可行高效的的修補方案,精心組織施工,方能確保裂縫修補成功、保證結構耐久性及安全性。
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(一)加速混凝土碳化
混凝土裂縫的存在,使空氣中的CO2極易滲透到混凝土內部,在潮濕的環境下CO2能與水泥中的氫氧化鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣相互作用并轉化成碳酸鹽,中和水泥的基本堿性,使混凝土的堿度降低,導致鋼筋的純化膜遭受破壞,易引起銹蝕,同時由于混凝土碳化會加劇混凝土收縮開裂,導致橋梁結構破壞。
(二)降低混凝土抵抗各種侵蝕性介質的耐腐蝕性能力
(1)溶蝕型混凝土腐蝕。即當水通過裂縫滲入混凝土內部或是軟水與水泥石作用時,將一部分水泥的水化產物(如氫氧化鈣)溶解并流失,引起混凝土破壞。這種腐蝕在橋墩上表現突出。(2)鹽酸(酸性液體)腐蝕和鎂鹽腐蝕。這類腐蝕的主要生成物不具有膠凝性,且易被水溶解的松軟物質,這些物質能被通過裂縫或孔隙滲透入混凝土內部的水所能溶蝕,使混凝土中的水泥石遭受破壞。(3)結晶膨脹型腐蝕。它是混凝土受硫酸鹽的作用,在裂縫和硅孔隙中形成低溶解度的新生物,逐步積累后將產生巨大的應力使混凝土遭受破壞。
(三)影響混凝土結構物的結構強度和穩定性
混凝土裂縫直接影響混凝土結構物的結構強度和整體穩定性,輕則會影響橋梁結構外觀的正常使用和耐久性,嚴重的貫穿性裂縫可能導致橋梁的完全破壞。
二、裂縫的無損檢測與監測技術
(一)超聲波檢測。超聲波法用于非破損檢測,就是以超聲波為媒介,獲得物體內部信息的一種方法,目前超聲法己應用于醫療診斷、鋼材探傷、魚群探測等許多領域。在這些領域里,由于組成顆粒小密度大,密度分部也很均勻,所以聲波能很好地傳播,對其內部缺陷及其位置等都能準確地檢測出來。掌握混凝土表面產生的裂縫深度,對耐久性診斷和研究修補加固對策有重要意義。測定裂縫深度,基本上都是將發射探頭和接收探頭,布置在混凝土同一面上的裂縫附近,但由于所選用的波形種類(縱波、橫波及表面波)和聲學參數(聲速、頻率、相位等)的不同,已有許多種具體方法。
(二)沖擊彈性波法
一般把彈性體內傳播的波總稱為彈性波,用人工發射彈性波到彈性體內,探測彈性體內的狀態,是廣義的彈性波探測法。沖擊彈性波法與超聲波法的原理是一樣的,但遠比超聲波測定的裂縫深度深,沖擊彈性波法只能檢測擴展方向與表面成直角,沒有分支的單純裂縫。
(三)聲發射檢測法
聲發射檢測法也是利用彈性波進行聲學檢測的具體檢測方法檢測裂縫,和其他方法最大的不同是只能檢測正在發生的裂縫,不能檢測已發生的舊裂縫,對正在發生的裂縫可檢測裂縫發生的位置(聲發射源定位),裂縫的大小,擴展情況和種類,以及裂縫的深度等。
(四)攝影檢測法
攝影檢測法主要用作調查混凝土表面的裂縫攝影法包括普通照相機、錄象機、放射線、紅外線攝影等進行檢測。
(五)傳感儀器監測
利用埋設在混凝土中的儀器進行裂縫監測,常規技術是利用卡爾遜式或弦式測縫計,其控制范圍僅0.12~1,屬點式檢測,由于裂縫出現的空間隨機性,因此往往漏檢,為了及時無遺漏地監測裂縫,必須實施大范圍的、連續、分布式監測,即所謂全分布監測。
(六)光纖傳感網絡監測
在各國競相開發的結構監測高科技領域里,光纖傳感以其獨特優勢居于中心地位,它靈巧、精度高、抗電磁干擾,且可靠耐久,易于光纖傳輸組成自動化遙測系統。光纖傳感應用于結構工程監測始于20世紀90年代初,如航空航天器、橋梁等的溫度、振動、應變檢測等裂縫的發生可以用埋設在混凝土中光纖的光強變化監測,而裂縫的定位可用多模光纖在裂縫處的光強突然下降或診斷完成,通過衰減曲線上的裂縫損耗突變點,可以準確地確定裂縫的位置,針對混凝土裂縫檢測的特點,研制出基于光時域反射技術的光纖裂縫傳感網絡,可實現橋梁混凝土結構的分布檢測,凡裂縫與光纖傳感網絡相交,均可感知,并可定寬、定位、定向。
三、裂縫修補方法
(一)表面封閉法
(1)表面涂抹通常是在混凝土表面沿寬度較小的裂縫涂抹樹脂保護膜,在裂縫寬度有可能變動時,可采用具有跟蹤性的焦油環氧樹脂等材料,在裂縫多而且密集或者混凝土老化,砂漿離析的結構物上也可大面積涂抹保護膜。(2)鑿深槽嵌。先沿裂縫鑿一條深槽,槽形根據裂縫位置和填補材料而定,然后在槽內嵌補各種粘結材料,如環氧砂漿、瀝青、甲凝等。(3)表面噴漿。噴漿修補是在經鑿毛處理的裂縫表面,噴射一層密實而且強度高的水泥砂漿保護層來封閉裂縫的一種修補方法,根據裂縫的部位、性質和修補要求與條件,可采用無筋素噴漿,或掛網噴漿結合鑿槽嵌補等修補方法。(4)打箍加固封閉法。當鋼筋混凝土產生主應力裂縫時,可采用在裂縫處加箍使裂縫封閉的方法,箍可用扁鋼焊成或圓鋼制成,可以直箍也可以斜箍,其方向應和裂縫方向垂直,墩臺或樁基等下部結構承載能力不足,出現裂縫時也可以采取這種方法。
(二)灌漿法
先將結構物的裂縫或孔隙與外界封閉,僅留出進漿口及排氣孔,然后將較低粘度的漿液通過壓漿泵以一定的壓力將漿液壓入縫隙內并使其擴散,膠凝固化,以達到恢復整體性、強度、耐久性及抗滲性的目的。漿液主要有:水泥漿、水泥-水玻璃、環氧糠酮、聚氨脂、丙凝和甲凝等后幾種方法都屬于化學灌漿法,其強度高效果好。
(三)粘貼加固法
(1)注入法粘貼鋼板。這種方法是在混凝土表面與鋼板之間加墊塊等使兩者之間保持一定空隙,并用環氧樹脂膠泥封閉四周,而后從注入口注入環氧樹脂,同時排出空隙中的空氣,由于是從一方注入因而容易殘留氣泡,施工時一般用木槌隨時敲打鋼板來確定是否灌實,這種施工法雖然費時,但即使混凝土表面不平整也可進行施工。(2)壓粘法粘貼鋼板。這種施工方法是在混凝土表面及鋼板表面各涂上1~2厚的環氧樹脂,然后利用已固定在混凝土中的錨桿把鋼板壓緊在混凝土面上,隨著環氧樹脂被擠出,粘貼面之間的空氣也被排出,用這種方法幾乎不會殘留氣泡,粘結效果也好,此法適用于混凝土表面平整的場合。(3)粘貼碳纖維布。粘貼碳纖維布修補技術是一種新型的技術,它是利用樹脂類粘結材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面,利用其良好的抗拉性能達到修補加強的目的,這種修補方法基本不增加原結構的自重及尺寸。(4)混凝土損傷自愈合。模仿動物骨組織結構,并基于生物組織對受創傷部位能自愈合的機理,在混凝土材料中復合具有特殊修復功能的材料,在混凝土內部形成仿生自愈合的網絡系統,當混凝土出現裂縫時,損傷部位的粘結材料被釋放流出并深入微裂縫,使裂縫重新愈合,恢復甚至提高混凝土材料的性能。目前,此種方法尚處于研究開發階段,今后將會是混凝土智能材料的發展方向。
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Keywords: bridge; Crack; Cause; Control; Management; protection
中圖分類號:TU74文獻標識碼:A文章編號:
大連快軌三號線橋梁正線共有14座高架橋部分,梁型采用單箱單室預應力混凝土連續箱梁,正線橋梁地段為雙線橋梁,聯絡線地段為單線橋梁。全長總計達11公里多。因此橋梁的運營維護占有十分重要的位置。橋梁在建造和使用過程中,會受到環境影響、有害化學物質的侵蝕,并承受車輛碰撞、風、雨雪、流水等外力作用,同時由于采用的材料的自身性能也會不斷退化,從而導致結構各部分不同程度地損傷和劣化。更要指出的是,有些橋梁在設計時存在一些構造上的缺陷,以及施工中的質量問題,加速了這些病害的形成和發展,病害的主要體現之一就是混凝土裂縫的發生與發展。
一、混凝土橋梁裂縫的分類及成因
根據裂縫形成的原因,基本可將其分為兩大類。一種是由于橋梁結構的承載力或剛度不足,在荷載作用下產生的裂縫。通常有縱向裂縫和橫向裂縫兩種。另―種是施工時由于質量工藝影響而出現的裂縫,這類裂縫通常產生在鋼筋混凝土橋梁和圬工橋梁中。由于裂縫是橋梁上的重大病害之一,因此不管是哪一種裂縫,只要裂縫的寬度和數量超出規范允許的范圍和限度,都會導致結構惡化,影響到橋梁的承載能力和使用壽命,應該引起高度的重視,及時進行修補。
1 、荷載引起裂縫
混凝土橋梁在靜、動荷載及次應力作用下產生裂縫,其裂縫產生原因有:設計階段,結構受力假設與實際受力不符;結構安全系數不夠;結構設計時不考慮施工的可行性;鋼筋設置偏少或布置錯誤;結構剛度不足等。施工階段,施工場地隨便堆放施工機具、材料;不了解預制結構受力特點,隨意翻身、起吊、運輸、安裝等。運營階段,偶然荷載的影響,比如上下行車輛加速和減速位置重合,對橋梁形成的扭轉作用。
2、 施工工藝質量引起的裂縫
與施工有關的原因,混凝土在澆筑、制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理、施工質量低劣,容易產生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫,特別是細長薄壁結構更容易出現。裂縫出現的部位和走向、裂縫寬度產生原因有拌和不均勻,攪拌時間過長,澆灌速度過快,振搗不充分,接縫處理不當,保護層厚度不夠或鋼筋被擾動,模板漏漿,支撐下沉,拆模過早,初期受凍,初期養護不夠,硬化前受振動或加荷,預應力混凝土過早張拉或超張拉,養護混凝土時內外溫差過大。
二、混凝土橋梁裂縫的修補方法
造成橋梁病害的原因是各種各樣的,這就需要我們在實際工作中針對橋梁的具體缺陷和病害進行具體分析,確定該橋存在的缺陷和病害產生的原因,找出影響耐久性的各方面因素,為今后延長橋梁的使用壽命奠定良好的基礎。對于橋梁的裂縫而言,要判明裂縫的種類,并進行有針對性的處理。
1、表面封閉修補法
(1)、表面涂抹。通常是在混凝土表面沿寬度較小的裂縫涂抹樹脂保護膜,在裂縫寬度有可能變動時,可采用具有跟蹤性的焦油環氧樹脂等材料。在裂縫多而且密集或者混凝土老化、砂漿離析的結構物上也可大面積涂抹保護膜。
(2)、“V”形或“U”形槽口充填修補。在只用上述表面涂抹處理不能充分修補的場合,可采用如下方法:在混凝土表面沿裂縫鑿出“V”形或“U”形槽口,然后用樹脂砂漿充填修補。填補前要用鋼絲刷清除鑿后已浮動的混凝土碎片,必要時可先上底層涂料然后填塞樹脂砂漿。
(3)、鑿深槽嵌補。先沿裂縫鑿一條深槽,槽形根據裂縫位置和填補材料而定,然后在槽內嵌補各種黏結材料,如環氧砂漿、瀝青、甲凝等。
(4)、表面噴漿。噴漿修補是在經鑿毛處理的裂縫表面,噴射一層密實而且強度高的水泥砂漿保護層來封閉裂縫的一種修補方法。根據裂縫的部位、性質和修補要求與條件,可采用無筋素噴漿,或掛網噴漿結合鑿槽嵌補等修補方法。
2、 化學灌漿法
此法可使結構重新結合為整體、阻斷空氣和水分進入梁體,避免腐蝕鋼筋。對靜止裂縫的修補,裂縫開展已基本穩定的情況,一般以環氧樹脂等化學材料并施加低壓灌注至混凝土裂縫中。對活動裂縫的修補,處于繼續開展而未穩定的裂縫,應在分析并控制裂縫開展使其穩定后,方可進行修補加固。
先將結構物的裂縫或孔隙與外界封閉僅留出進漿口及排氣孔,然后將配制的較低黏度的漿液通過壓漿泵以一定的壓力將漿液壓入縫隙內并使其擴散、膠凝固化,以達到恢復整體性、強度、耐久性及抗滲性的目的。
灌漿材料應具備黏結強度高、可灌性好等基本要求,一般常采用環氧和甲凝兩類材料。環氧灌漿是以環氧樹脂為主體,它的黏結力強、穩定性好、收縮小、耐腐蝕及機械強度高,裂縫寬度在0.1mm以上時采用環氧灌漿。甲凝灌漿是以甲基丙烯酸甲酷為主體,它具有黏度低可灌性好、抗拉強度高等特點,常用于修補裂縫寬度在0.1mm以下的細裂縫。
灌漿一般采用純壓法灌漿。對于細小裂縫漿液需要較長的膠凝時間,常采用單液法灌漿。此時將所用的漿液在泵前混在一起,用灌漿機進行灌注。對于較寬的裂縫,要求漿液膠凝時間較短,常采用雙液法灌漿,此時將所用的漿分成兩大部分,用灌漿機分兩路送至灌漿孔口混合裝置再灌入裂縫。
灌漿完畢待漿液聚合固化后,即可將灌漿嘴一一拆除,并用環氧膠泥抹平。最后對每一道裂縫表面再刷一層環氧樹脂水泥漿,確保封閉嚴實,并使其顏色與混凝土結構盡量保持一致。
3、黏貼鋼板施工法
黏貼鋼板施工法是將整個鋼板黏貼于待修補的裂縫位置上,使其與原有的混凝土成為整體,從而提高對荷載的抵抗力。用于黏貼的鋼板厚度一般為4.5~6mm,而混凝土與鋼板的黏結劑一般采用環氧基液黏結劑。
(1)、注入法黏貼鋼板。這種方法是在混凝土表面與鋼板之間加墊塊等使兩者之間保持一定空隙,并用環氧樹脂膠泥封閉四周,而后從注入口注入環氧樹脂,同時排出空隙中的空氣。由于是從一方注入因而容易殘留氣泡,施工時一般用木錘隨時敲打鋼板來確定是否灌實。這種施工法雖然費時,但即使混凝土表面不平整也可進行施工。
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在橋梁建造和使用過程中,混凝土裂縫經常出現?;炷恋牧芽p是由于混凝土內部應力和外部荷載作用,以及溫度變化等因素作用下形成的。并且有些裂縫在使用荷載或外界物理、化學因素的作用下,不斷擴展,不但會影響混凝土表面的美觀、減小鋼筋的混凝土保護層厚度,而且易引發混凝土面層剝落,加速鋼筋的銹蝕,降低混凝土的抗凍性及耐久性,嚴重時甚至發生垮塌事故,所以必須加以控制。筆者根據多年的橋梁施工、管理經驗,談談有關橋梁混凝土裂縫出現的原因、預防措施和處理方法,可供橋梁工程技術人員參考。
一、裂縫形成的原因
1.設計方面
1)設計因素考慮不周。箱梁的腹板過薄,箱梁與箱梁之間未設橫隔板或者設置橫隔板數遠遠不夠,致使整體性較差,單梁受力對梁體造成嚴重的病害。2)設計計算出現錯誤。由于荷載考慮不周,計算錯誤等,配筋不足,形成裂縫。
2.施工方面
1) 地基基礎變形。由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結構中產生附加應力,超出混凝土結構的抗拉能力,導致結構出現裂縫。2)施工方案選擇不當。如混凝土配合比控制不嚴,計量出現偏差,坍落度控制不利,在混凝土澆筑時側模板不牢靠,模板走形或模板間隙不嚴密,澆筑時漏漿嚴重,混凝土表面呈現蜂窩麻面。
3.維護管理方面
1)長期超負荷運營。大件車、集裝車、超重車的出現加重了橋梁的負荷,加快了橋梁損壞的進程。另外車輛超重、超載超限現象已較嚴重。使得橋梁長期處于超負荷工作狀態 2) 大自然風、霜、雨、雪的侵蝕,環境污染的日益加重,造成橋梁的自身老化、破損,使得橋梁“壽命”縮短。3)養護不當產生的裂縫。冗陷、空洞、裂縫等毛病在日常養護中沒有及時修補,造成混凝土剝落、鋼筋外露銹蝕。
二、混凝土裂縫的修補方法
裂縫產生了,解決它的方法自然而然也隨之產生。隨著施工經驗的發展,現在混凝土裂縫修補的方法有很多:如表面修補法、灌漿嵌縫封堵法、結構加固法、混凝土置換法、電化學防護法、仿生自愈合法等等,其中灌漿嵌縫封堵法又可分為壓力注漿法、開槽填補法和涂膜封閉法三種。
1.低壓注漿法適用于寬度為0.2~0.3mm的混凝土裂縫修補。修補工序如下:裂縫清理—粘貼注漿和封閉裂縫—試漏—配制注漿液—壓力注漿—二次注漿—清理表面。
2. 開槽填補法適用于結構允許開槽而寬度較大但數量不多的裂縫,如墩臺或路面混凝土的裂縫。工序為:開槽—涂刷界面處理漿—壓抹聚合物砂漿—養護。
3.涂膜封閉法適用于寬度小于0.2mm的微細裂縫的修補,也可用于混凝土外表面的裝飾和防水處理,以及防止混凝土保護層的炭化和有害離子對混凝土的腐蝕。工序為:清掃—刮膩子—涂刷底層涂料—涂刷主層涂料—涂罩面層。
混凝土表面裂縫、氣孔和缺陷先用膩子(混凝土修補膠:粉料=1:1.8~2.0)填充補平,待干后用砂布磨平,再進行底層涂刷(混凝土修補膠:粉料=1:0.7~0.8),涂料在使用前要通過鐵窗紗過濾,除去雜質和團塊。主層涂料要涂刷三遍,每遍涂刷都要等上遍涂料干后再涂,且兩次涂刷方向最好是相互垂直。
這三種方法可以單獨使用,也可以同時使用。如橋梁裂縫的修補可先注漿,在涂膜封閉;而對于路面、墩臺的粗大裂縫則采用開槽填補發為宜;為了防止鋼筋銹蝕,混凝土受到有害離子的腐蝕,則可以采用涂膜防水處理。
三、幾點體會
1.各種裂縫處理依據裂縫產生部位情況等分別對其進行處理:不影響結構正常使用的裂縫,處理時只是將裂縫填塞修補,防止水浸入及腐蝕入對鋼筋產生進一步銹蝕;裂縫在.2mm~0.5 mm時不再擴展,用封縫膠封堵;裂縫在0.5 mm~1.5 mm時(或更寬的裂縫),用注膠封縫處理(封縫膠及注入膠液,有專門生產的科研機構,目前常用北京出的TCL系列修補劑)。
2.凡因為荷載作用產生的裂縫,應該采取合理的計算模型、限制施工機具的堆放、限制超過設計荷載的重型車輛過橋等方法避免。此類裂縫或正在發展的裂縫,建議使用粘貼碳纖維布或錨粘鋼板處理。但不論用哪種方法,均需對原裂縫進行注膠封縫處理,不應出現只在裂縫外涂色,內部裂縫依舊的情況。
3.養護管理期間應對混凝土橋梁的裂縫病害及時檢測,詳細記錄裂縫位置數量類型、分析原因、跟蹤觀察裂縫發展趨勢,正確判定裂縫劣化程度。
4. 在運營管理過程中,進一步加強巡查和管理,及時發現和處理問題,也是相當重要的一個環節。比如,強化橋梁技術人員的培訓,增添橋梁檢查、檢測儀器設備,確保橋梁安全正常的使用。
目前,學術界對混凝土橋梁裂縫的原因有不同的觀點,只有通過正確的橋梁結構檢查,加上及時準確的分析、判斷結構的病害,采取正確的措施和方法,才是保持橋梁結構使用功能和壽命的重要手段。只有搞清楚了裂縫的機理,才能對癥下藥。所以,我們一定要要積極貫徹“建養并重”的方針,將橋梁的檢測、檢查、維修與養護、加固與改造工作列入議事日程。我相信只要施工人員本著一顆認真負責的心,嚴格按規定要求施工,嚴把質量關。就必定能防患于未來,盡可能地降低混凝土橋梁裂縫的出現。
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1、外界溫度變化
混凝土作為道路橋梁施工的主要原材料,受外界溫度的影響加大,出現熱脹冷縮的現象,當混凝土的變形受阻時,其內部結構會出現變化,產生拉力,當拉力超過混凝土的強度時,就會出現裂縫,溫度原因造成的道路橋梁出現裂縫的現象比較常見,嚴重影響了道路橋梁的質量。
2、施工不規范
目前,由于施工人員主要是農民工,沒有專業的施工技巧,不能按照專業的施工流程進行施工,同時,不能合理的操作施工中的先進的設備,存在安全隱患,遇到突發事件不能夠及時的處理,導致施工的過程中路面、橋面的承載能力到不到標準;加上目前路面橋面上的原材料堆積現象嚴重,施工進度無序等等問題都加劇了道路橋梁的裂縫嚴重的現象。
3、混凝土收縮
混凝土的性質和特點決定了道路橋梁的質量,目前道路橋梁裂縫問題嚴重主要是由混凝土的特性決定的,混凝土的收縮影響了混凝土的體積,由于混凝土的強度差,水分蒸發快,骨料下沉嚴重,鋼筋材料阻礙大,進而產生了裂縫。
4、鋼筋銹蝕
鋼筋是道路橋梁施工的重要材料,混凝土作為鋼筋的保護層,在施工過程中由于種種因素會減弱他的保護效果,混凝土的厚度不足或者質量較差,在長期的外界因素的影響下,尤其是受到二氧化碳的腐蝕,混凝土的保護層變薄甚至會出現脫落,導致鋼筋暴露在空氣中受到氯化物的影響,導致鋼筋受到腐蝕,表面的氧化膜脫落,降低了鋼筋的承載能力,導致道路橋梁裂縫問題嚴重。
5、施工材料不合格
道路橋梁對于原材料的質量有著很高的要求,施工的過程中要保障原材料符合標準和要求,混凝土再生產過程中對于沙石、水泥以及外加劑的配比有著嚴格的要求,因此在商混生產的過程中要保障原材料符合施工標準,水泥的強度和穩定性要符合行業標準,保障混凝土的而耐久性、塌落度、以及強度,同時要控制水泥的含堿量,因為骨料與水泥中的堿在一定的條件的影響下,會發生化學反應,進而影響混凝土的質量,導致道路橋梁出現裂縫。
二、防治道路與橋梁施工中裂縫成的措施
1、嚴格控制溫度
很多的小型施工企業為了獲得經濟利益,減少成本,通常情況下,選擇現場攪拌混凝土的方式進行施工,但是由于道路橋梁屬于露天施工的項目,因此在這種條件下,混凝土很容易受到外界條件的影響,尤其是受溫度的影響較大,因此想要保障道路橋梁的質量,減少道路橋梁出現裂縫的現象,首先需要嚴格監控混凝土攪拌過程中的溫度,一旦溫度出現劇烈的變化就需要及時的采取措施,道路橋梁是工行對于混凝土澆灌和后期養護的溫度也有很高的要求,因此在混凝土施工的全過程都需要制定有效的措施,來保障道路橋梁的質量;其次混凝土澆筑時的厚度也影響了道路橋梁的質量,因此在進行澆筑的過程中要嚴格按照工程設計的方案以及現場的施工條件進行施工,保障施工效果;最后,施工質量也會在一定程度上受到減水劑影響,因此要嚴格控制減水劑的使用量,加強混凝土的強度,減少道路橋梁的裂縫。
2、加強施工監控
科學的施工監控的能夠有效的控制道路橋梁出現裂縫,強化施工控制需要嚴格控制混凝土中原材料的配比,選擇強度高、穩定性好的水泥,控制沙石的顆粒和質量,保障外加劑的質量,根據施工的實際情況,制定能夠滿足實際需要的混凝土,提高道路橋梁的質量;同時要做好混凝土的后期養護,嚴格按照養護流程進行養護,做好保濕、覆蓋工作,避免因為養護不當引起的裂縫。
3、改善施工設計
在進行道路橋梁設計的過程中要結合道路橋梁的實際情況,吸取國內外先進的設計經驗,嚴格制定設計方案,保障設計方案的可行性,對于施工過程中可能出現的問題要有一定的預見性,制定出相應的解決措施,同時要注重施工細節的處理,尤其要對商混的施工進行技術處理,綜合考慮商混的特性,分析道路橋梁施工中產生裂縫的原因,只有這樣提出的解決措施才能更加具有針對性,才能保障道路橋梁的質量,減少裂縫的產生。
三、合理的修補裂縫
及時在施工的過程中綜合考慮各方面的因素,也不可避免的而出現裂縫,因此需要采取有效的手段里處理裂縫,保障道路橋梁的安全性,1.表面修補,這種方法是目前普遍的使用方法,利用水泥漿的特性,在混凝土的表面進行涂抹,來修補裂縫,這種方法即能夠修補不同程度的裂縫,也不會影響混凝土的結構和承載力,因此一直以來受到的相關工作人員的追捧;2.灌漿修補法,這種方法比較適合比較深且已經影響道路橋梁的承載力和完整性的裂縫,表面修補已經不能夠從根本上改善道路橋梁的結構強度,因此需要采用這種方法,灌漿修補法采用的主要的修補材料是水泥漿和環氧聚合物;3.嵌縫修補法,這種方法是要將裂縫進行開槽,向槽內填補材料,經過壓實來修補裂縫,這種修補方法的成本較高,但是效果與其他的方法相比更好,在外觀上更加的平整、美觀,因此能夠更好的保障道路橋梁的外觀質量。
四、總結
道路橋梁中的裂縫不僅會影響外觀的平整和美觀,也會改變混凝土的結構和性能,縮短道路橋梁的使用壽命,造成國家資源和財力的浪費,因此施工人員以及相關的技術人員、監管人員要從思想上重視道路橋梁的裂縫問題,從多角度進行分析,掌握道路橋梁出現裂縫的原因,并采取有針對性的措施和手段,減少裂縫的出現,保障道路橋梁的質量和安全性,延長其使用壽命,保障人民的生命安全,保障國家財產安全,促進國家經濟的發展和進步。
參考文獻:
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目前,大多數橋梁均為混凝土構成,由于混凝土在施工后容易受到各種內外部因素的影響,導致在施工后一段時間內相繼出現各種類型、不同程度的損害,而最為常見的就是裂縫損害?;炷翗蛄毫芽p出現的原因類型多樣,每一個原因都能夠在很大程度上決定裂縫出現時間以及損害程度,分析每一個造成混凝土橋梁裂縫出現的根本原因,并對這些因素采取有效且針對性的維修措施,對于提高橋梁安全將具有非常重大的作用。
二、造成橋梁裂縫出現的常見原因
1.溫度變化所致
混凝土由于造成結構的原材料或者外部因素影響的原因,非常容易出現熱脹冷縮現象。這也就意味著,當混凝土橋梁在不斷受到高溫曝曬時,其體積會隨著溫度的不斷升高而不斷變大,當體積膨脹到一定范圍時,內部的應力遠遠大于結構的拉力,直接導致混凝土裂縫的出現。橋梁裂縫 除了長期受到高溫曝曬所致之外,很大原因還在于橋梁日常的維護和養護工作不到位,各種施工保護措施不當造成。
2.鋼筋銹蝕造成混凝土膨脹所致
混凝土內部均含有鋼筋結構,一般而言這些鋼筋不會與外部環境有直接的接觸機會。但是,若混凝土施工方法不當或者混凝土本身質量存在問題,那么鋼筋外層的保護層就會容易受到外部環境的侵蝕,如混凝土碳化?;炷撂蓟箐摻畋砻娴谋Wo層也就無法再保護鋼筋不受腐蝕,也就意味著鋼筋與外面空氣直接接觸,該情況下鋼筋中的鐵離子與氧以及水就會發生銹蝕反應,銹蝕到一定程度后,其產物體積會對混凝土產生影響,導致混凝土體積膨脹,當膨脹到一定程度后就會出現裂縫。
3.荷載因素所致
荷載因素指的是橋梁在施工過程中本身產生一種應力。該類應力出現的原因有:①橋梁設計過程中對荷載的計算存在錯漏、結構剛度、結構安全系數、結構受力等方面的計算與現實需要存在較大差距。②橋梁施工時沒有嚴格按照設計圖紙規定的施工順序進行、每一道工序的施工反復多次,造成結構出現振動疲勞,以致結構承載力下滑。③允許任何超載車輛通行,受到大自然在災害的影響。④維修或者補修過程中僅根據經驗進行受力鋼筋設計,導致設置的鋼筋滿足不了現實需要,最后出現因為受力不足而拉力過大現象等。
4.基礎沉降或位移所致
橋梁混凝土由于本身性質以及外部環境變換影響,經常出現基礎沉降和位移,這些沉降和位移直接導致混凝土結構中不可避免出現一些超出預期的應力,當應力與混凝土結構拉力出現不相等時,就會導致裂縫的出現。
5.混凝土自縮所致
由于混凝土本身結構組成原因常會出現碳化、干縮和冷縮等幾種常見的自縮現象。這種自縮現象會在很大程度上造成混凝土體積隨著時間推移不斷縮小。當混凝土自縮現象不均勻且長時間出現自縮時,自縮引發的拉力大于混凝土抗拉力時,混凝土表現承受不住拉力就會就會不可避免的出現裂縫,專業上稱該種裂縫形式為收縮裂縫。
三、對橋梁裂縫進行維修的常用方法
1.粘貼修補方法
也就是指使用專門的修補材料均勻粘貼到混凝土橋梁裂縫便面處,使橋梁裂縫得到封閉,禁止其蔓延。目前使用的粘貼修補材料常見的有三種:玻璃布、碳纖維以及鋼板。其中玻璃布是最主要的一種,其產品具有多種不同的類型,如平向或者斜向的紋布。當前,裂縫修補最為常見也是最主要的玻璃布為無堿玻璃纖維,這種玻璃布相對于其他玻璃布就有更強的韌性和防水性,對于防止水分侵蝕混凝土具有非常顯著的作用。玻璃布粘貼的步驟為:首先,對要粘貼的裂縫處進行沖洗,確保混凝土裂縫表面光滑無污垢。其次,將具有強力粘連作用的膠粘劑均勻涂抹在橋梁裂縫表面,確保粘劑涂抹均勻后將玻璃布慢慢粘貼到裂縫處,貼整齊后要用專門的工具在玻璃布上反復來回壓一次,確保內部沒有氣泡。然后,再次將另一個新的玻璃布罩在第一層玻璃布上面,具體步驟與第一層粘貼步驟一致。需要注意的是,為了剛好的蓋住裂縫,每一個上層玻璃布都一定要比下層的玻璃布寬出很多,一定要確定上層布能夠包住下層布。
2.封閉修補方法
封閉修補方法指的是對裂縫進行嚴密封閉,將整個裂縫封閉成為橋梁表面一個新的結構。當前橋梁裂縫修補工作中常用的修補方法有:表面抹灰、填縫、噴漿以及鑿槽嵌補。抹灰和填縫指的是利用一些材料將裂縫進行全方位的填補處理,在完成所有填補之后再在填補面上開始抹灰,從而使整個裂縫處表面得到恢復;噴漿也就是指使用專門的漿液對準裂縫進行噴射,從而使裂縫表面形成一層保護層的修補方法。一般在噴漿前都要對裂縫的實際情況進行分析之后,才能夠選擇噴射方法。具體的噴漿方法常見有掛網噴漿以及無筋素噴漿等幾種。噴漿的步驟是:首先對裂縫表面進行沖洗,確保干凈后使用噴射機器對裂縫處進行快速噴射,噴漿中使用的漿液為強度比較大的水泥漿液;鑿槽嵌補指的是在裂縫處進行才開槽處理,然后再鑿好的槽內填補具有高強度粘連性質的物質起到修補作用。
四、結束語
總而言之,橋梁出現裂縫是多種因素共同作用的結果,除了由于混凝土自身以及周圍環境的溫度變化所致外,還包括鋼筋銹蝕造成混凝土膨脹所致、荷載因素所致、基礎沉降或位移所致以及混凝土自縮所致等多種因素導致裂縫出現。這些因素有些因素是無法避免的,如長期高溫曝曬、混凝土自縮性等。但是有些因素卻是可以避免,如荷載因素、沉降因素等,這些因素主要在橋梁建設之初做好每一步工作,對于有效避免裂縫出現其作用還是非常明顯的。
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引言
公路橋梁是我國的基礎通樞紐,是維持我國的經濟持續健康發展的重要的生命線。隨著我國的橋梁工程項目不斷增多,在建設的規模上也不斷擴大,在橋梁工程的質量方面也就提出了更新、更高的要求。
一、橋梁施工中裂縫出現的主要原因
1、混凝土沉降的因素
混凝土會由于重力的因素,使得混凝土中一些較重的顆粒石子下沉,而水泥漿會出現上浮的現象,一些模板和鋼筋會對顆粒的下沉有一定的約束,使得混凝土內部不平衡,就會形成裂縫。在混凝土強度增長過程中或未達到設計使用狀態時,混凝土的支撐結構若出現一些不同程度的上升、下沉或水平方向的偏移,就會在混凝土內部出現附加應力,當附加應力大于混凝土的抗拉強度時,就會出現裂縫,從而影響工程質量和進度。
2、溫度造成的裂縫
現階段橋梁所使用的材料為鋼筋混凝土材料,而混凝土的材料特性之一是溫度傳導速度慢,而混凝土在構建的過程中,外界溫度發生變化時會發生熱脹冷縮,引起變形,而內外溫度變化的不協調會導致混凝土內外變形不一致,進而在結構內部產生一定的拉力。當混凝土構件中的拉力值超過了混凝土材料本身所具有的抗拉強度時, 就會導致橋梁產生裂縫。由于溫度原因所導致的橋梁裂縫,區別于其他裂縫最為主要的一個特征是其會因為溫度的高低進行擴張或合并。導致溫度產生變化的原因主要包括以下兩個方面。
(1) 材料內部水化熱的施放
在進行道路橋梁的施工時,混凝土澆筑厚度超過了2.0m時,因為混凝土中水泥在澆筑的過程中會進行水化放熱,其內部溫度就會升高,而外部溫度遠遠低于內部,這就造成了內外溫度差,從而導致道路橋梁的表面因溫度應力差出現裂縫。
(2) 外界溫度變化
如在進行蒸汽養護時,由于混凝土在蒸汽養護時溫度非常高,而一旦蒸汽養護停止了一段時間,冬天寒冷的空氣就會導致混凝土溫度驟然下降,形成內外溫差,從而容易造成裂縫。
3、施工材料質量問題引起的橋梁裂縫
施工材料的質量直接決定著橋梁的建設質量,不合格的施工材料會直接影響橋梁的正常使用?;炷林饕怯伤?、沙子、石子、摻合料和外加劑拌合而成的,作為橋梁施工最主要的原材料,如果混凝土的質量不過關,將會給橋梁施工帶來巨大的安全隱患。比方說,作為混凝土的組成材料之一,沙子的質量至關重要,不同的質量等級,與之對應的水泥和拌合水用量的多少也會不同,混凝土的強度和收縮抗壓能力都會受到影響,如果在施工中使用粒徑過小的不符合標準的特細沙,在橋梁在施工過程中就會出現大量的裂縫,對整個橋梁的施工質量造成影響。另外礦石中云母的含量也會對水泥和骨料的粘結力產生一定的影響,混凝土的強度也會因此受到一定程度的影響。
二、防止橋梁施工中裂縫出現的措施
1、改善混凝土的日常養護
做好混凝土日常的養護工作對于維持橋梁質量是至關重要的,隨著橋梁使用年限的增長或是溫度的急劇變化,橋梁的損壞程度會不斷加深,尤其是混凝土橋面,要及時的對橋面進行檢測,并采取適當的修理措施。在橋梁施工過程中,應該對混凝土維護工作予以重視,及時對混凝土表面進行清理,防止混凝土處于不利的環境條件下,有效的保護混凝土內部結構,保證工程使用壽命。
2、對溫度進行控制
由于橋梁本身形態很大,大氣溫度又很難控制,因此大氣溫度對橋梁溫度的影響很難改變。但是大氣溫度的變化過程比較緩慢,保證混凝土的強度,就可以有效避免裂縫產生,做好溫度監測工作,對于氣溫變化較大的情況采取一定的保溫措施即可,例如在氣溫驟降時,為了避免混凝土橋面溫度急劇變化需要進行保溫。對于橋梁溫度的控制主要是在混凝土的澆筑階段,參考混凝土的標準澆筑方法,澆筑的時候合理降低澆筑速度,增加澆筑面積,在混凝土內鋪設冷水管,澆筑過程中用通水的方式維持混凝土結構的溫度相對穩定。
3、選擇合適的混凝土材料
在進行水泥的選擇時,要考慮到水泥的水熱化程度,盡量選取水熱化低的水泥材料,并且限制水泥的單位用量,降低混凝土骨料的溫度,采取合理有效的散熱措施,以縮小溫差,有效預防裂縫的生成。橋梁工程所用的粗骨料應是堅硬的碎石子,在不同的橋梁該工程中,根據鋼筋的不同來選取不同粒徑的粗骨料,為了保證粗骨料的質量,在采購時要對粗骨料進行堿活性監測。在橋梁工程中,一般選取的細骨料的粒徑小于5毫米,一般采用河沙,不應使用海砂。對于級配高且顆粒中不含其它雜質的粗骨料來說,在使用前也要進行檢驗,確保工程質量。一般使用的拌合水中會含有一些有害物質,如糖類、游離酸類、鹽類等,會影響水泥的硬化,所以需要選擇合適的拌合水。在混凝土澆筑過程中,也可以根據外加劑的特點來選擇合適的外加劑。水泥在混凝土結構中起著重要作用,在橋梁施工過程中要選擇耐久性強,擬合性強的水泥,提高混凝土結構的堅固性。在混凝土配合比配制時,要考慮到影響混凝土結構的各種因素,選擇合適的配合比,降低出現裂縫的幾率。
4、做好裂縫修補工作
(1)做好不同裂縫狀態下的修補工作
根據實際的裂縫狀況,裂縫修補可分為活動與靜止裂縫修補兩種,其中,靜止裂縫的修補辦法為:裂縫寬度在0.3mm以內時,對于混凝土淺層,可使用水泥漿液或者環氧樹脂漿液進行表面封閉,而對于深層混凝土修補,則可使用低粘度的環氧樹脂漿液或者甲基丙烯酸脂漿液來澆灌;當裂縫寬度在0.3mm-1mm之間時,可采取環氧樹脂漿液的方法進行灌注;當裂縫寬度在1.0mm以上時,對裂縫修補之前,要先在裂縫表面位置進行水泥漿界面劑的涂刷,同時,應用微膨脹的水泥砂漿液來修補。而活動裂縫的修補辦法為:為防止裂縫進一步裂開,可采取靜止裂縫的修補法來修補裂縫,當活動裂縫不能用靜止裂縫法來修補時,可對混凝土結構進行限制,防止其變形,并用柔性材料處理裂縫。
(2)表面裂縫修補技術
在混凝土的裂縫修補中,表面裂縫修補是常用的修補技術,主要為表面涂漿,也就是在混凝土的裂縫表面進行水泥漿涂抹。對于一些橋梁工程,為了滿足工程防腐的需求,可用環氧膠泥來涂抹表面,并在涂漿之后進行刷漆處理?;炷帘砻娴男扪a工作結束后,混凝土有時因應力原因會出現再開裂問題,為了保證混凝土裂縫的修補工作順利完成,可將玻璃纖維布粘附于裂縫表面。
(3)灌漿法與嵌縫法工藝
對于橋梁工程來說,當裂縫危及橋梁結構時,再用表面修補就無法有效彌補裂縫了,這時可采取灌漿法來處理裂縫,灌漿法主要是指把漿質料運用真空壓力設備壓到裂縫當中,當漿質料硬化之后,為防止裂縫,使其具有密封性能,會與混凝土形成穩定的結構整體。在裂縫修補技術中,嵌縫法是比較有效的,為有效封堵裂縫,可在裂縫位置開槽,并向槽內進行止水材料填充,這種修補技術可使裂縫外觀更為平滑。
(4)結構加固法與密封檢查
對于道路橋梁來說,有些裂縫不僅影響橋梁外觀,還會影響混凝土的結構性能,使得橋梁使用壽命縮短,為了規避這種裂縫問題,可運用結構加固的方法加固混凝土,通常結構加固的方法主要包含支點、預應力加固及加大截面面積等,以確?;炷恋募庸萄a強。在裂縫封閉之后,可在裂縫處涂上層肥皂水,由灌漿嘴進行空氣通入,若存在漏氣位置,就對其進行修補,若無漏氣現象就可判斷為合格。而封口完成后,可采取空氣壓縮法來檢查灌漿的密實度,在修補中,一旦發現問題,就及時進行補救,以確保裂縫修補的有效性,延長橋梁的使用壽命。
結束語
在橋梁施工當中,為了延長橋梁的使用壽命,加強裂縫問題的關注是必要的,其直接影響橋梁整體的施工質量與應用性能。為了有效防控裂縫問題的出現,在設計階段,要做好荷載設計和應力計算工作;在施工階段,應嚴格按照施工圖紙和施工規范進行施工,亦應加強對混凝土材料及其配合比控制,提升混凝土的施工質量,同時,加強混凝土施工工序與養護的管理和監控工作,確保橋梁的整體質量;在使用階段應及時進行混凝土的維護和清理工作,保證使用壽命。針對出現的裂縫問題,要采取合理的裂縫修補工藝進行及時修補,以確保橋梁工程的使用壽命。
參考文獻
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公路橋梁缺陷不僅影響外觀形象,也會對橋梁的強度、耐久性產生影響,嚴重的則可能影響結構安全。因此,對公路橋梁產生缺陷的部位及施工工藝,必須引起施工、管理方的重視,確保其不出缺陷或盡量少出不影響結構耐久性和安全的小缺陷。
1、混凝土橋梁結構表層缺陷及產生原因
(1)蜂窩:施工不當所致,混凝土灌注中缺乏應有的振搗,分層灌注時違反操作規程,運輸時混凝土產生離析,模板縫隙不嚴,水泥砂漿流失等。
(2)露筋:施工質量不好,如灌注時鋼筋保護層墊塊位移,鋼筋緊貼模板,保護層處混凝土漏振或振搗不實。
(3)麻面:施工時采用模板表面不光滑,模板濕潤又不夠,致使構件表面混凝土內的水份被吸去。
(4)空洞:結構上鋼筋布置過密,施工時混凝土被卡住,又未充分振搗就繼續灌注上層混凝土,此外,嚴重漏漿亦能產生空洞。
(5)磨損:混凝土強度不足,表層細骨料太多,車輪磨損,高速水流沖刷,水流中又夾雜大量砂石等推移質或冰凌等漂浮物。
(6)銹蝕、老化、剝落:保護層太薄,結構出現裂縫,雨水浸入,鋼筋銹蝕膨脹引起剝落,嚴寒地區冰凍及干濕交替循環作用,有侵蝕性水的化學侵蝕作用。
(7)表層成塊脫落:外界作用。
(8)構件變形、接縫不平:施工不善或荷載作用下形成的變形等。
以上可采用混凝土修補或水泥砂漿修補法。常用修補材料為環氧材料。
2、混凝土構件裂縫缺陷及產生原因
鋼筋混凝土簡支梁橋常見裂縫有網狀裂縫、下緣受拉區的裂縫、腹板上的豎向裂縫、腹板上的斜向裂縫、運梁不當引起的上部裂縫、梁端上部裂縫、梁側水平裂縫、梁底縱向裂縫。預應力混凝土梁、懸臂梁和連接梁橋的常見裂縫有先張法梁梁端錨固處的裂縫、后張法梁梁端錨固處的裂縫、腹板收縮裂縫、懸臂梁剪切裂縫、懸臂箱梁錨固后接縫中的裂縫、底板裂縫、箱梁彎曲裂縫、連接梁彎曲裂縫、合攏澆筑段的裂縫、預應力梁下翼緣的縱向裂縫。
構件裂縫產生的主要原因有四方面:一是與材料性質有關的因素,如水泥的反常凝固,混凝土的離析與泛漿,水泥的反常膨脹,骨料中含有泥土,使用了反應性骨料或風化巖、混凝土干燥收縮。二是與施工有關的因素,如混合料攪拌不均勻,攪拌時間過長,用泵壓送時水泥量及用水量的增加,灌注順序的差錯,灌注速度太快,振搗不充分,配筋混亂,保護層厚度不夠,施工縫處理不當,模板變形,漏漿,支架下沉,脫模過早,硬化前受振動和荷載作用,初期養生中急劇干燥,養生初期凍害。三是與環境條件有關的因素,如周圍環境與濕度的變化,構件內外溫度的差異,反復凍融,內部鋼筋銹蝕,因火災而使混凝土表面受高溫熏烤,受鹽類的化學腐蝕。四是與構造、外力有關的因素,如設計荷載以內的荷載,設計荷載以外的荷載,以地震力為主的荷載,截面尺寸及鋼筋用量不足,結構物不均勻下沉。
3、橋梁墩臺常見裂縫
(1)墩臺網狀裂縫(由于混凝土收縮干燥引起或混凝土內部水化熱和外部氣溫的溫差及日氣溫變化影響和日照影響而產生的溫度拉應力)。
(2)從基礎向上發展至墩臺上部的裂縫(基礎松軟產生不均勻沉降造成)。
(3)墩臺身的水平裂縫(多為混凝土貫注不良所引起)。
(4)翼墻和前墻斷裂的裂縫(往往由于墻間的填土不良。凍脹或基層承載力不足,引起下沉或外傾而產生開裂)。
(5)由支承墊石從下向上發展的裂縫(主要是由于墩臺帽在支承墊石下未布置鋼筋所致或可能受到較大的沖擊力)。
(6)橋墩墩帽順橋軸線橫貫墩帽的水平裂縫(主要是局部應力所致,因梁和活載的作用力集中地通過支座傳至橋墩,使其周圍墩頂其他部位產生拉應力)。
(7)雙柱式橋墩下承臺的豎向裂縫(由于樁基下沉不均勻或局部應力所致)。
(8)支承相鄰不等高的墩蓋梁、雉墻上的豎向裂縫(由于局部應力所致)。
(9)墩臺蓋梁自上而下的垂直裂縫(樁基下沉不均勻而引起蓋梁上的不均勻受力)。
(10)鑲面石突出的裂縫(由于鑲面石與墩臺連接不良所引起)。
(11)懸臂橋墩角隅處的裂縫(由于局部應力引起)。
以上可采用刻槽封閉或鑿槽嵌補方法,加配鋼筋修補法,鋼板粘貼修補裂縫,表面噴漿修補裂縫,用柔性表面封閉法修補裂縫,灌漿封閉裂縫修補法等。
4、鋼筋混凝土橋面板缺陷及產生原因
混凝土開裂、混凝土剝離,斷面破損、鋼筋外露、銹蝕,混凝土質量下降,異常變形等。這些是由于荷載增大(構件承載力不足),構造上的缺陷(橋面板端部等),支撐結構不完整(主梁等構件剛度不足等),施工上缺陷(保護層不夠、蜂窩麻面等),氣象作用(凍融作用、化學作用、鹽腐蝕等),災害(地震、火災、受落下物撞擊等),徐變及收縮過大等。
橋面板損壞的維修方法有修補施工法、加蓋板施工法,支架施工法等。
一般橋面補強層加固方法有底面加固和頂面加固。
底面加固主要是噴射鋼纖維砂漿,焊接鋼筋網并噴射鋼纖維混凝土或鋼纖維砂漿。頂面加固主要是采用鋼筋混凝土加厚或鋼纖維混凝土加厚、聚合物混凝土加厚、膨脹混凝土加厚等并在接合處鑿毛處理加錨固鋼筋。
目前國內外許多大公司和科研結構都投入很大力量對這一難題進行研究,開發橋梁的養護、維修、加固及更換的系列技術,并相應開發出一批新型修復材料,能夠有效的解決上述“瓶頸”的難題。
5、介紹幾種新型的處理方法
(1)“壁可”法:
采用橡膠管注入器,利用其持續的恒定壓力將樹脂材料自動注入到縫中,注入材料粘度極低,可深入到寬僅0.02mm 的細縫末端,恢復結構強度。
(2)修補路面裂縫、坑洼、麻面:
采用不同粘度的樹脂材料對各種寬度的裂縫進行灌注,可立即開放交通。對坑洼、麻面采用樹脂砂漿鏝抹,材料柔韌、耐磨、抗滑,與鋪層結合牢固。
(3)路面防滑鋪裝方法:
在彎道、交叉路口等重要路段鋪設樹脂砂漿,可取得優異的防滑效果,保證行車安全。
(4)隧道、涵洞不滲漏水的治理方法:
摒棄傳統的堵水思想,采取引導的方法,對接縫、裂縫、襯砌面滲水均有對策。
(5)橋梁結構的維修、加固方法:
采用鋼板貼合、增設桁梁等方法恢復或提高構件強度,增加承載力。對砼構件的肅落、缺損,用聚合物改性材料修補,以防鋼筋銹蝕或進一步損壞,美化外觀。
(6)橋梁伸縮縫:
有九大類、數十個規格型號可供選擇,用柔性樹脂砂漿作為回填材料更能發揮其優良性能。
(7)砼及鋼構件的涂裝防護方法:
用于防止構件的破壞,對鹽害、堿骨料反應、中性化、化學腐蝕、凍融破壞等均有相應的對策,涂層美觀持久。
參考文獻:
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[3] 周明.論公路橋梁缺陷產生的原因及其修復加固技術[J]. 今日科苑. 2008(04)
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之所以要在道路橋梁的施工建設過程中加強對于裂縫問題的關注,其最為根本的原因就是這些裂縫對于道路橋梁的危害是比較嚴重的,尤其是在后期的使用過程中這種危害表現的更為明顯,具體來說,其危害主要表現在以下幾點:
(1) 首先,道路橋梁中的裂縫能夠嚴重的造成其結構的損壞,進而影響其結構的穩定性,有的裂縫正是發生在其主體結構上,因此,其本身就能夠直接影響到整個道路橋梁的結構穩定性,還有些裂縫雖然是發生在表面,但是隨著這些裂縫的滲透作用使得道路橋梁的內部必然也會隨之受到一定的損害,進而影響其結構。
(2)其次,一旦道路橋梁出現裂縫問題,那么必然也會使得原來處于道路橋梁內部的一些鋼筋暴漏在表面,進而在風吹日曬下就很可能出現腐蝕問題,最終影響到道路橋梁使用的安全性和穩定性。
(3)最后,道路橋梁一旦出現了裂縫問題必然也會嚴重的縮短其服役年限,這一影響主要就是間接影響,比如上面的結構損壞或者是鋼筋的腐蝕都會影響到道路橋梁的使用安全,進而就會縮短其服役時間。
2.道路橋梁施工中混凝土裂縫產生的原因分析
水泥、骨料以及一些外加劑和摻合料一起構成了混凝土,如果在施工中使用劣質的混凝土就會導致橋梁裂縫的產生,當然,導致混凝土出現裂縫的原因還有在攪拌、澆筑和施工過程中操作不當或外部環境的影響等[1-2]。
2.1劣質的混凝土原材料引起的混凝土裂縫
如果組成混凝土的原材料質量不達標,將會引起施工中混凝土裂縫的產生。由于組成混凝土骨料的質量不合格,將會影響到混凝土的強度,從而導致混凝土攪拌時的需水量隨之增
加或減少,進而影響混凝土的收縮,最終導致混凝土出現裂縫。
2.2荷載引起的混凝土裂縫
荷載引起的混凝土裂縫,即混凝土橋梁在常規的靜、動荷載及次應力下所產生的裂縫。主要有:第一,對于直接應力裂縫的產生是由于橋梁的設計階段存在著漏預算或不完全預算的現象,從而導致荷載預算不足,又加上在施工中機械和材料的堆積,最終導致由于荷載超標而引起混凝土裂縫的產生;第二,對于次應力裂縫的產生是由于施工設計階段預算不周、不全面,從而忽略或多算了在施工過程中開洞、鑿槽等會引起荷載變化的因素,進而導致混凝土裂縫的產生。
2.3溫度變化引起的混凝土裂縫
由混凝土的組成成分不難看出,混凝土具有熱脹冷縮的特征。在施工中,無論是內部的還是外部的環境變化,都會引起混凝土發生形態上的變化,而一旦混凝土體積變形發生異常,那么結構上所產生的應力將對混凝土的強度產生影響,從而導致由溫度變化所引發裂縫的產生。而道路橋梁施工中的溫度變化是由多種原因引起的,例如天氣的突然變化、四季的溫差
以及日照都會引起溫度的變化,從而引起施工中混凝土裂縫的出現。
2.4收縮凍脹引起的混凝土裂縫
收縮和凍脹是造成混凝土裂縫的最為常見的一種因素,其中收縮引起的裂縫主要是由于混凝土的體積發生了較大的變形。由于施工中混凝土表面的水分蒸發吸收很快,而混凝土內部的水分相對來說損失比較小,因此混凝土表面的變形不能與混凝土內部的變形同步,所以當表面混凝土的拉力超過其荷載時,就會產生裂縫。而凍脹引起的裂縫主要是發生在氣溫低于零攝氏度的時候[3],此時混凝土會呈現結冰狀態導致混凝土體積膨脹,最終導致混凝土裂縫的出現。
3.橋梁裂縫常見裂縫處理方法
3.1壓力灌漿修補法
指施加一定的壓力,將某種漿液灌入結構物內部裂縫中去,以達到封閉裂縫,恢復并提高結構強度、耐久性和抗滲性能的一種修補方法。此法一般用于裂縫多且深入結構內部或
結構有空隙的修補場合,它包括水泥灌漿、化學灌漿。第一,水泥灌漿的工藝流程包括六個部分:裂縫檢查及處理--鉆孔及清孔--止漿或堵漏處理--壓水試驗--灌漿--封孔及質量檢查。在每一道工序操作中,都應嚴格遵守相應的施工規范,否則起不到良好的效果。第二,采用化學村料灌漿,修補結構裂縫,可以大大改善灌漿村料的可灌性能,施工機械簡單,操作簡便,其應用日趨廣泛。用于修補混凝土裂縫的化學灌漿村料,常用的主要有環氧樹脂灌漿村料和丙烯酸醋類灌漿村料兩種。
3.2表面粘貼修補法
指用膠黏劑把玻璃布或鋼板等村料粘貼在裂縫部位的混凝土面上,達到封閉裂縫的目的的一種修補方法。
3.3表面封閉修補法
包括填縫、表面抹灰、鑿槽嵌補、表面噴漿等幾種。
(1)填縫是磚石砌體裂縫修理中最簡便的一種方法操作時,將縫隙清理干凈,根據裂縫寬度不同分別用勾縫刀、抹子、刮刀等工具進行操作,所用灰漿通常采用1:2.5或1:3水泥砂漿,一般不得低于砌筑灰漿的強度。填縫處理后可在美觀、耐久性等方面起到一定的作用而對砌體的整體性、強度等方面所起的作用甚微。
(2)除了上面的方法之外,我們還常用對村料外面進行抹灰處理的方法。這種方法指的是通過水泥漿、水泥砂漿、環氧基液及環氧砂漿等村料涂抹在裂縫部位的磚石砌體或混凝土表面上一種修補方法。首先應該對村料進行外表處理,盡量的把村料的外表打毛,還要確保毛面處于同一個水平線上,之后對其進行必要的沖洗處理,最后用水噴灑,這樣可以防止因為過于干燥而影響性能。在進行涂抹工作的時候必要要掌握好力度,不可過厚也不可過于薄,因為過于厚了會使得泥漿因為本身的重力影響而掉落。如果過于薄,就會出現縫隙。通常把厚度掌握在一厘米到兩厘米之間。
4.道路橋梁施工裂縫的預防
4.1加強對于施工原材料的控制和管理
對于道路橋梁施工原材料的管理是一個重點問題,當然也是造成裂縫問題出現的主要原因。基于這一點,在今后的施工過程中必須加強對于原材料的控制和管理,首先應該切實保障其自身的質量,然后對于混凝土施工而言,還應該保障其配置的比例最為恰當合理,避免因為這種配置不當而造成裂縫的出現。
4.2加強具體施工過程的管理和控制
因為在整個的道路橋梁施工過程中存在著較多的因素會導致裂縫問題的出現,這也就說明在具體的施工管理中需要控制的要點是比較多的,尤其是對于一些細節的把握更應該慎重?;诖?,必須切實提高施工人員的整體素質,確保其具備相應的施工資質,然后針對具體的施工環節加強對于設計圖紙和相關標準的研究,切實保障施工的準確性。
4.3加強施工后期的養護工作
對于道路橋梁施工中出現的裂縫問題來說,后期的養護過程也是極為關鍵的,尤其是對于混凝土施工技術而言,更是應該把握最終的養護環節,確保養護工作的有效性,重點加強對于溫度和濕度的控制,避免因為這兩點而造成裂縫問題的出現。
5.結束語
加強混凝土裂縫的防治是提高道路質量的重要途徑。因此,需要對混凝土裂縫的成因進行深入分析,及時采取有效措施進行裂縫治理,盡量避免出現混凝土裂縫的現象,從而保證道路工程能夠順利開展。
參考文獻:
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1 橋梁檢測和維護加固的目的和意義
橋梁檢測的意義十分重要,主要包含以下幾點:檢測能夠對重大橋梁進行評定,對竣工后的工程質量進行判定,確定橋梁工程是否可靠;通過檢測,判定橋梁是否需要加固,因為目前的車輛載重不斷增大,交通量也呈上漲趨勢,按照原有標準制定的荷載設計的橋梁是否能夠承受現代交通的壓力;通過檢測,判定橋梁的各個部位的沉降、裂縫等情況是否能夠承受實際承載,判斷是否需要加固措施;通過檢測,判斷橋梁采用新型結構建造的可靠性和實踐性,更好的為新型結構設計理論進行改善;通過檢測確定集裝箱或大型工廠設備等超重車輛通過時,橋梁是否能夠承受其負載,是否需要采取臨時加固措施;對于已經采取加固措施的橋梁的施工質量進行檢查,判定將技術是否可靠并合理。
橋梁維護加固技術在如今交通運輸量的大幅增加下尤為重要,相關部門一定要保證橋梁工程的完整、安全、耐久和適用,不斷提高橋梁的承載能力和運行能力。因此橋梁維護加固就要做到以下幾點:維護加固設計和施工盡量保留有價值的構件,避免大面積的更換或拆除,盡量對原結構不進行損傷;維護加工的設計要和施工結合,將新結構和原有結構協同工作;在對大型橋梁進行加固時,加固方案最少要保證兩個,還要對加固方案進行對比和評價;橋梁加固后的結構壽命要達到原有橋梁的壽命;如果橋梁結構的主要結構損傷或失效,經過評估后無法滿足結構安全的要求,就需要立刻進行加固措施,具體加固范圍和內容要通過評估委員提出的要求確定,判定是對整座橋梁加固還是某個區段或構件加固;橋梁加固過程要采取適當的安全措施,保證結構安全和人員安全;橋梁加固施工中盡最大能力降低對行人和車輛的干擾,以及對環境的污染。
2 橋梁維護加固技術
2.1 橋梁結構裂縫修補
橋梁混凝土結構的裂縫情況是很普遍的,也是無可避免的問題,主要和材料伸縮性質相關。裂縫后的混凝土和二氧化碳反應,修補不及時就會繼續惡化,最終導致橋梁結構安全隱患。引起橋梁出現裂縫情況的原因很多,主要有溫度裂縫、收縮裂縫、剪切裂縫、大負荷造成的彎曲裂縫等。裂縫主要的修補方式有表面粘貼修補、表面封閉和壓力灌漿三種方法,其中壓力灌漿修補的方法效果很好,對于裂縫寬度超過0.25毫米的橋梁混凝土結構,按照灌漿材料的不同,可以分為化學灌漿修補和水泥灌漿修補兩種方法。
混凝土表面出現缺陷主要表現為磨損、麻面、露筋、空洞或剝落等。大多數的缺陷都是和氣候因素或設計相關,其修補方式先將受損部分鏟除,然后再進行修補,一般使用混凝土、環氧樹脂粘結材料和水泥砂漿,但是環氧樹脂粘結材料的成本很高,應用的范圍也沒有混凝土廣泛,所以下文主要對混凝土和水泥砂漿修補的注意事項進行說明。利用混凝土修補時,混凝土的級配要高于或等于原來的混凝土級配,水灰的配置也應該較小,并且加入適當減水劑,可以采取直接澆筑、壓漿或噴射三種方法,要保證新舊混凝土的結合面附近噴涂封閉漿液,漿液要噴射兩層。修補位置如果比較深,使用的材料和原來的混凝土類型一致,可以適當添加骨料降低砂漿的干縮性,提高強度,但是配合比要適當,方法可以為機械噴漿或者人工涂抹,對于面積較小的可以使用人工涂抹,而面積大的使用接卸噴漿,更好的保證強度和密實度,在接合面之間形成耐久度高和強度高的結構。
2.2 橋梁結構加固技術
橋梁結構的加固主要有主梁加固、主梁負彎矩加固、主拱圈加固和懸臂孔主梁加固。
主梁加固技術:在挑梁頂中間設置伸縮縫,在挑梁上鋪裝行車道;人行道梁在挑梁懸臂部分假設,一端假設在路堤支墩處,另一端架設在邊蹲挑梁上。
主梁負彎矩的加固主要對縱向受拉鋼筋進行思考,布置在原來的鋪裝層內,采用澆筑鋼纖維砼對負彎矩橋面進行鋪裝,并且保證和梁頂翼緣板保證整體性和牢固性。
主拱圈加固技術:橫系梁尺寸在橋梁上都很小,所以橫向聯系偏差。所以在主拱圈加固過程中,可以利用對橫系梁截面尺寸進行加大,用橫隔板代替橫系梁,這樣能夠提高橫向整體性。另外,也可以利用拱肋或拱波外包鋼筋網,然后噴射混凝土的方法,這樣也能提高整體的承載能力和剛度。
懸臂孔主梁加固技術:牛腿在懸臂量橋梁中作用顯著,其受力情況復雜,而目前的理論結果都是近似值。目前對于懸臂梁路橋的牛腿部分的加固主要采取兩種方法:第一,掛梁的兩個支點改成多個支點;第二,牛腿處原來的混凝土更換成澆筑剛纖維混凝土,并且使用環氧砂漿進行黏結。
2.3 橋梁維修加固工程舉例
在這里以重慶市省某公路橋梁的加固工程舉例說明。這座橋梁修建于1987年,因為時間較長也沒有適當維護,橋梁結構出現了一定的問題。這些問題主要是橋梁邊板混凝土脫落,中板有縫隙,底板露出鋼筋。在對這座橋梁加固維修時,初步計劃的準則是盡可能降低原來結構的損壞,以保證橋梁適應公路運輸的承受力和耐用性的規定。主要的施工方案如下:
2.3.1 對混凝土橋面的維修加固。除去已經壞掉的橋面上混凝土,對鋼筋做除銹工序。根據橋梁的損壞程度采用適當的方式進行維修。
2.3.2 中板及臺帽裂縫的維修。對露在外部的鋼筋進行除銹處理,對裂縫位置進行澆筑封膠處理。此時應該注意:使用鋼絲對表面松散層進行清理同時用丙酮清洗。
2.3.3 其他細節注意。應該合理選擇維修加固施工材料。施工中使用的纖維材料、樹脂類粘結材料應該符合工程需要。3 結語
總之,橋梁的全面檢測和維護加固是十分復雜的,但同時也很重要,相關部門和單位要及時對橋梁進行全面檢測,采取一定的維護加固措施。保證橋梁的安全性和可靠性,首先就要意識到橋梁檢測的重要性,并且掌握橋梁的維護加固技術和措施,因此對橋梁檢測和加固技術還需要進一步探討和研究,保證橋梁事業的更好發展。
參考文獻
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近些年,我國橋梁工程建設不斷增多,混凝土的應用需求量日益俱增,有關混凝土的應用技術也得到很大提高,現階段,在橋梁工程建設中混凝土應用技術不斷提高,但是混凝土裂縫問題依然存在,對橋梁工程的外觀與使用壽命均產生了較大的影響,對混凝土的裂縫問題進行分析,并采取有效措施進行控制,已成為橋梁施工中的重要任務。
一、常見的混凝土裂縫問題及其原因
1. 干縮裂縫問題及其原因
在橋梁施工當中,干縮是常見的裂縫問題,當混凝土結硬及表層水分蒸發之后,混凝土的濕度降低,體積變小,就會出現縮水收縮的問題,亦稱為干縮。特別是混凝土澆筑后的4 個小時左右,混凝土結構及其構件表面,就會出現長短不一、形狀不規則的裂縫,若干縮裂縫較輕,則會直接影響混凝土的外觀;對于橋梁工程來說,若出現較嚴重的干縮裂縫,混凝土的保護厚度就難以滿足要求,無法有效保護鋼筋的目的。而且干縮裂縫是因混凝土水分蒸干才出現裂縫的,這種裂縫是不可逆轉的。
2. 荷載裂縫問題及其原因
荷載裂縫所指的是在橋梁施工中,混凝土因動荷載、常規靜與次應力之下所出現的裂縫,可分為直接的應力裂縫與次應力裂縫。直接應力裂縫主要是由于結構計算存在漏算問題,計算模型不夠合理,施工當中,沒有依據設計圖紙來施工,結構受力模式不準確,或者載荷超過設計荷載等造成的,而次應力裂縫則是結構物實際的工作狀態與計算存在差異,施工中受力鋼筋處理不恰當,這樣就存在容易存在裂縫問題。
3. 溫度裂縫問題及其原因
通過混凝土的構成成分來看,混凝土也存在熱脹冷縮特征,橋梁施工當中,由于內外環境的變化,可能會出現混凝土形態變化的問題,一旦混凝土的體積出現變形,就會出現結構應力不合適問題,對混凝土強度造成影響,進而出現裂縫問題。在橋梁施工當中,引起混凝土溫度變化的原因較多,如四季溫差變化、天氣突然變化及日照引起的溫度變化等,這些變化均可能出現裂縫問題。
4. 沉縮裂縫問題及其原因
在橋梁施工當中,混凝土澆筑2 小時左右后,隨著混凝土的塑性收縮或者泌水沉降會出現裂縫,這種裂縫就是沉縮裂縫,當混凝土的澆注速度越快且高度越大時,其沉陷量就會越大,而且當水灰比例越高,水泥量應用越多時,其塑性收縮的裂縫量也越大,這讓混凝土難以有效地保護鋼筋。
二、控制橋梁施工中有關混凝土裂縫問題的措施
1. 做好橋梁施工前的設計荷載與橋梁布局工作
在橋梁施工的設計環節,有關技術人員應依據自身項目的具體狀況,對橋梁工程整體的布局實施規劃,并合理布局施工中的鋼筋位置,同時,技術人員還要全面考慮橋梁施工中的機械荷載問題,讓設計荷載超出現實施工的荷載,以確保實際荷載當中的混凝土強度,以克服混凝土裂縫出現問題。
2. 加強混凝土構成材料的控制
在橋梁施工當中,為了提高混凝土的抗裂強度,加強混凝土相關構成材料質量方面的嚴格把關是很必要的,尤其是骨料直徑的大小、水泥強度質量與抗壓強度等均應嚴格檢查篩,以確保混凝土構成材料的質量,使其能符合所設計的預算荷載。在混凝土制作中,還應注意混凝土各類材料的配比,混凝土攪拌的合理性,并依據實際情況與有關規定來計算混凝土材料配比,并控制攪拌時需要的水量,從而盡量防止混凝土出現體積變形問題,確保混凝土抗裂能力。例如,混凝土中的干縮問題,當水灰比值越大時,其干縮問題就越嚴重,控制好混凝土中的水灰比例是非常重要的,并適當添加些減水劑,有效預控混凝土出現干縮問題。
3. 做好混凝土質量的監控工作
在橋梁施工當中,對混凝土材料的配合比進行嚴格控制是必要的,依據混凝土的和易性要求、強度等級與質量檢驗等來確定配合比,然后對水泥用量與水灰比進行嚴格控制,監理方需要加強監督控制。為了做好混凝土質量工作,盡量選擇優質石子,對砂子的含量與粒徑進行合理控制,降低混凝土的空隙率,增強橋梁混凝土的抗裂性能。混凝土澆筑之后,要做好養護工作,通過養護實踐可知,在整個橋梁施工當中,混凝土的養護工作是非常重要的環節,若忽視了混凝土養護工作,會對混凝土強度造成影響,并出現裂縫問題。尤其是在高溫天氣下的施工,更需要加強養護工作,經常對其實施澆水養護,這可減少裂縫問題出現,并且能降低混凝土因收縮出現的約束力,從而有效預防控制裂縫問題。
4. 做好裂縫修補工作
(1)做好不同裂縫狀態下的修補工作
根據實際的裂縫狀況,裂縫修補可分為活動與靜止裂縫修補兩種,其中,靜止裂縫的修補辦法為:裂縫寬度在0.3mm 以內時,對于混凝土淺層,可使用水泥漿液或者環氧樹脂漿液進行表面封閉,而對于深層混凝土修補,則可使用低粘度的環氧樹脂漿液或者甲基丙烯酸脂漿液來澆灌;當裂縫寬度在0.3mm-1mm 之間時,可采取環氧樹脂漿液的方法進行灌注;當裂縫寬度在1.0mm 以上時,對裂縫修補之前,要先在裂縫表面位置進行水泥漿界面劑的涂刷,同時,應用微膨脹的水泥砂漿液來修補。而活動裂縫的修補辦法為:為防止裂縫進一步裂開,可采取靜止裂縫的修補法來修補裂縫,當活動裂縫不能用靜止裂縫法來修補時,可對混凝土結構進行限制,防止其變形,并用柔性材料處理裂縫。
(2)表面裂縫修補技術
在混凝土的裂縫修補中,表面裂縫修補是常用的修補技術,主要為表面涂漿,也就是在混凝土的裂縫表面進行水泥漿涂抹。對于一些橋梁工程,為了滿足工程防腐的需求,可用環氧膠泥來涂抹表面,并在涂漿之后進行刷漆處理。混凝土表面的修補工作結束后,混凝土有時因應力原因會出現再開裂問題,為了保證混凝土裂縫的修補工作順利完成,可將玻璃纖維布粘附于裂縫表面。
(3)灌漿法與嵌縫法工藝
對于橋梁工程來說,當裂縫危及橋梁結構時,再用表面修補就無法有效彌補裂縫了,這時可采取灌漿法來處理裂縫,灌漿法主要是指把漿質料運用真空壓力設備壓到裂縫當中,當漿質料硬化之后,為防止裂縫,使其具有密封性能,會與混凝土形成穩定的結構整體。在裂縫修補技術中,嵌縫法是比較有效的,為有效封堵裂縫,可在裂縫位置開槽,并向槽內進行止水材料填充,這種修補技術可使裂縫外觀更為平滑。
(4)結構加固法與密封檢查
對于道路橋梁來說,有些裂縫不僅影響橋梁外觀,還會影響混凝土的結構性能,使得橋梁使用壽命縮短,為了規避這種裂縫問題,可運用結構加固的方法加固混凝土,通常結構加固的方法主要包含支點、預應力加固及加大截面面積等,以確?;炷恋募庸萄a強。在裂縫封閉之后,可在裂縫處涂上層肥皂水,由灌漿嘴進行空氣通入,若存在漏氣位置,就對其進行修補,若無漏氣現象就可判斷為合格。而封口完成后,可采取空氣壓縮法來檢查灌漿的密實度,在修補中,一旦發現問題,就及時進行補救,以確保裂縫修補的有效性,延長橋梁的使用壽命。
三、總結
在橋梁施工當中,為了延長橋梁的使用壽命,加強裂縫問題的關注是必要的,其直接影響橋梁整體的施工質量與應用性能。為了有效防控裂縫問題的出現,在施工過程,要做好荷載設計工作,嚴格按照荷載設計來施工,加強混凝土相關材料的配比控制,提升混凝土本身強度,同時,加強混凝土施工工序與養護的監控工作,可確保橋梁的整體質量。針對出現的裂縫問題,要采取合理的裂縫修補工藝進行及時修補,以確保橋梁工程的使用壽命。
參考文獻:
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