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橋面混凝土早期裂縫的產(chǎn)生及預(yù)防工學(xué)論文
摘要：以較易產(chǎn)生裂縫的橋面砼為例，淺談砼施工中早期裂縫的產(chǎn)生原因及預(yù)防措施。
關(guān)鍵詞：橋面；裂縫；分析；預(yù)防
橋面砼裂縫是橋梁施工中的一個通病，裂縫將不同程度地降低橋面整體性和耐久性，影響橋梁的使用壽命，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致質(zhì)量事故的發(fā)生。盡管大批工程技術(shù)人員和管理人員在這方面作出了堅持不懈的努力，但“裂縫”依舊像一名頑強(qiáng)的殺手，困擾著人類，因而必須高度重視、嚴(yán)加控制。
1砼裂縫 砼材料及半成品水泥砼(以下簡稱砼)是以水泥為膠凝材料，與水和骨料按適當(dāng)比例配合拌制成拌和物經(jīng)硬化后得到的人造石材。水泥水化所需結(jié)合水，一般占水泥重量的25％左右，但拌制砼時，為獲得必要的流動性，水灰比通常在0.35～0.8之間，這樣就有了多余的水分。砼干縮主要由這些多余水分蒸發(fā)造成，水灰比越大，水泥石中毛細(xì)孔隙越多，干縮率也越大。試驗(yàn)表明，砼用水量每增加1％，干縮率就增加2～3％。同樣，水泥安定性不良，砂石級配差，砂過細(xì)，產(chǎn)生干縮性裂縫；砂石含泥量過大，使混凝土強(qiáng)度急劇降低，減弱抗?jié)B性，干燥時產(chǎn)生裂縫；混凝土配合比不良，砂率過大；不適當(dāng)?shù)膿接寐塞}；水泥的水化熱；混凝土沉陷、干縮等等，都會產(chǎn)生導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。
2 砼裂縫的產(chǎn)生
2.1 溫差裂縫溫差變形有二種情況：升溫與降溫。水化過程將釋放水化熱使砼內(nèi)部溫度升高，而表面溫度因受環(huán)境影響偏低，造成內(nèi)部膨脹而外部收縮。砼的膨脹和收縮都會受到骨料的約束，產(chǎn)生強(qiáng)制應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過當(dāng)時的砼抗拉強(qiáng)度時，便產(chǎn)生裂縫。文獻(xiàn)資料表明：在砼硬化過程中，當(dāng)砼受熱變形超過8‰時，砼結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生裂縫。
2.2 泌水裂縫新澆筑砼，不可避免地產(chǎn)生不同程度的集料與水分離現(xiàn)象，造成表面泌水，最終形成表面裂縫，嚴(yán)重時表面脫皮。泌水裂縫的產(chǎn)生主要與單位用水量有關(guān)系。
2.3 干縮裂縫 砼在硬化過程中，僅有一部分水分參加水化作用，而其余水分漸漸蒸發(fā)，使砼產(chǎn)生干縮變形。如果干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過砼硬化初期的抗拉強(qiáng)度時，就會出現(xiàn)裂縫。水分蒸發(fā)受環(huán)境、季節(jié)、氣溫、空氣濕度及風(fēng)速度等因素的影響，對于新鮮砼當(dāng)其表面水的蒸發(fā)速度接近0.5kg／m2?h時，便應(yīng)采取措施預(yù)防干縮裂縫。
2.4 凍融裂縫凍融裂縫主要是因橋面砼面大層薄，養(yǎng)生工作很難到位，砼中的水分結(jié)冰后困冰脹力而產(chǎn)生裂縫。
2.5 其它裂縫橋面砼澆筑過程中，還有幾種易于避免但較為常見的裂縫。在砼澆筑過程中，因鋼筋網(wǎng)走樣造成保護(hù)層厚度過大或過小而產(chǎn)生的裂縫；下層結(jié)構(gòu)不均勻沉降產(chǎn)生的應(yīng)力破壞；砼張拉后的預(yù)應(yīng)力破壞，這種破壞往往表現(xiàn)為規(guī)則的通縫。
3 裂縫的預(yù)防
3.1 砼材料 “質(zhì)量”是以“質(zhì)”為本的，材料的質(zhì)量決定產(chǎn)品的質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)工程的不同要求，選用合適的水泥、骨料品種。就水泥礦物成分而言，橋面砼水泥應(yīng)選用鋁酸三鈣含量低，鐵鋁酸四鈣含量高的水泥。就品種而言，水泥忌用礦渣水泥而首推硅酸鹽道路水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥。采用普通水泥的，可在水泥用量不變的情況下，摻入粉煤灰或減水劑。水泥與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度是由界面凹凸造成的機(jī)械嚙合、摩擦力和化學(xué)結(jié)合力等共同組合而成的。骨料對砼強(qiáng)度的影響取決于骨料的表面特征、礦物成分、力學(xué)性能等。石子Dmax增大，可減少砼的收縮，但會因薄弱面的增加而使砼的抗剪性降低，故石子Dmax宜適中，并采用連續(xù)級配的碎石。砂子宜采用細(xì)度模數(shù)較大的內(nèi)河中粗砂，含砂率不應(yīng)超過35％。
3.2 砼澆筑砼在振搗過程中，內(nèi)部原有的粘著力和摩擦力減小，骨料在重力作用下下沉緊密排列，水泥漿填充空隙，水、汽泡被排出，表面產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。規(guī)范要求，對泌出水分，不宜直接引走，而用吸水材料吸干，以防帶走水泥�，F(xiàn)在的砼真空脫水工藝也是解決泌水裂縫的較好方法。對于橋面砼，經(jīng)真空脫水后，水灰比在0.31-0.36之間，強(qiáng)度可提高20％～50％，也增強(qiáng)了砼的抗裂性能。筆者認(rèn)為，在振搗完成后，很大一部分泥質(zhì)及其有害雜質(zhì)也隨水析出，浮在表面，這種高含泥量砂漿強(qiáng)度差、干縮性大，易在上下兩層砼間形成薄弱的夾層，使砼表面龜裂甚至脫皮。在實(shí)際操作過程中，橋面砼澆筑面層時誼高出設(shè)計5mm左右，在振搗密實(shí)后，把高出部分表面砂漿用刮刀予以刮除抹面。砼初凝前，往往會出現(xiàn)表面裂縫(主要是溫差裂縫)，這時應(yīng)進(jìn)行及時收漿二次抹面，使砼進(jìn)一步密實(shí)，并使砼表面產(chǎn)生裂縫愈合。這是消除早期裂縫有效的措施。砼澆筑應(yīng)避開高溫和低溫。按規(guī)范要求，在氣溫低于5℃或高于35℃時是不允許澆筑砼的。
3.3 砼養(yǎng)生砼養(yǎng)生的目的是使砼在一段時間內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臏囟�、濕度，營造良好砼硬化條件。橋面砼應(yīng)在澆筑后立即用活動棚罩遮蓋或膜式養(yǎng)護(hù)劑噴灑，避免水分蒸發(fā)過快。傳統(tǒng)覆蓋物多用濕草簾類，存在橋面污染和密實(shí)性差的弊病。因此目前多采用針刺土工布灑水覆蓋并用塑料薄膜保濕的辦法進(jìn)行養(yǎng)生，少數(shù)地方采用砼養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)生效果也比較理想。橋面砼灑水養(yǎng)護(hù)時間不宜小于7d，粉煤灰水泥應(yīng)再延長7d。
3.4 接頭接縫處理砼接頭、按縫引起橋面砼裂縫大致有二方面的原因，首先是下層砼(接頭、接縫砼)硬化造成上層砼(橋面砼)的裂縫，主要由下層砼干縮和水汽蒸發(fā)所致，故橋面砼的澆筑應(yīng)在下層砼強(qiáng)度達(dá)到70％且養(yǎng)護(hù)期不能少于7d后方能進(jìn)行。其二是接頭、接縫砼在受力后發(fā)生不均勻徐變。砼徐變對砼防裂是有緩沖作用，但在某些粱板接頭接縫施工中，徐變是產(chǎn)生裂縫的直接原因，所以任何事物都是矛盾的統(tǒng)一體。砼徐變是一個漫長的過程，在TO時間內(nèi)徐變基本達(dá)到徐變總量的80％，在施工中我們可將此徐變期作為橋面砼允許澆筑期限。TO值在實(shí)際操作過程中可取砼澆筑后45天，但同時要滿足予應(yīng)力張拉20天后的條件。因施工規(guī)范的缺陷，沒有提到徐變期，所以在實(shí)際施工中幾乎沒有人去專門控制徐變期，這也是予應(yīng)力砼拼接節(jié)點(diǎn)大都存在規(guī)則通縫的原因之一。
4 結(jié)語
砼表面質(zhì)量是砼內(nèi)在質(zhì)量的反映，預(yù)防砼裂縫其實(shí)是和提高砼強(qiáng)度聯(lián)系在一起的。砼裂縫的存在，使裂縫尖端出現(xiàn)應(yīng)力集中，致使裂縫在較小應(yīng)力作用下不斷擴(kuò)大、延伸，并相互連接起來，破壞應(yīng)力因此大幅度下降。但也勿須“談縫色變”，一有裂縫就一棍子打死。理論上砼微細(xì)的裂隙是不可避免的，對于肉眼可見的表面裂縫，如果裂縫寬度、深度在許可范圍內(nèi)，也是正常的，只有某些梁體結(jié)構(gòu)通縫、順筋裂縫和某些嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的裂縫才是讓人“色變”的。橋面砼面積大、厚度薄，比較容易產(chǎn)生裂縫，本文所談的橋面砼裂縫的預(yù)防僅僅是個案，大部分防裂措施也適用于其它砼澆筑。
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