2022年大體積混凝土裂縫分析及控制技術(shù)1

2022年大體積混凝土裂縫分析及控制技術(shù)1

隨著根底建立的快速進(jìn)展，橋梁建立中大體積混凝土應(yīng)用越來越多，混凝土在現(xiàn)代橋梁工程建立中已經(jīng)占據(jù)了特別重要的地位，不管什么樣的橋梁，大都是采納鋼筋混凝土構(gòu)造，由于該建筑材料價廉物美，施工便利，承載力大，可裝飾強(qiáng)的特點(diǎn)，日益受到人們的歡送。在我國不管是鐵路工程、大路工程還是其它工程建立，鋼筋混凝土的應(yīng)用面可以說是無處不在。但是，在使用混凝土的同時，由于對混凝土的性能了解不深，在工程完畢后的十幾天，一個月或者更長一點(diǎn)的時間后，混凝土構(gòu)造物消失了裂縫或其他不良反響，給人們的心中造成擔(dān)憂和后怕的感覺。

盡管我們在施工中實(shí)行各種措施，當(dāng)心慎重，但裂縫仍舊時有消失，有些還造成了無法估量的損失。為了降低經(jīng)濟(jì)損失，削減和掌握裂縫的的消失，一些搞混凝土技術(shù)的討論人員對混凝土構(gòu)筑物的裂縫形成，進(jìn)展了大量的討論和技術(shù)探討，提出解決混凝土裂縫的方法和意見，也取得了較大的科研成果，使混凝土構(gòu)筑物的裂縫降低到最低范圍之內(nèi)。目前對混凝土構(gòu)造物裂縫問題，是在混凝土工程建立中帶有肯定普遍性的技術(shù)問題。而混凝土構(gòu)造的破壞和建筑物的倒塌，也都是從構(gòu)造裂縫的擴(kuò)綻開始而引起的。故在某些施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和工程都是不允許混凝土構(gòu)造消失有明顯的裂縫。

但是，從近代科學(xué)關(guān)于混凝土工作的討論及大量的混凝土工程實(shí)踐證明，混凝土構(gòu)造裂縫是不行避開的，裂縫是人們可以承受的一種材料特性，只是如何使有害程度掌握在某一有效范圍之內(nèi)。由于使用的混凝土是多種材料組成的一種混合體，且又是一種脆性材料，在受到溫度、壓力和外力的作用下，都有消失裂縫的可能性。

從目前的狀況看，設(shè)計上對混凝土裂縫有肯定范圍。從我國的“混凝土構(gòu)造設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)《GBJ10—89）”表3.3.4規(guī)定看，其裂縫寬度在不同的環(huán)境下，不同的混凝土構(gòu)造物其裂縫的寬度也有所不同的掌握標(biāo)準(zhǔn)，允許裂縫寬度為0.2～0.3mm.而從國外的狀況看，不同的國家對混凝土構(gòu)筑物的裂縫寬度也有不同的規(guī)定，如1970年歐洲混凝土專業(yè)委員會的標(biāo)準(zhǔn)所收集各個國家的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計裂縫規(guī)定如下：美國AGl標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定裂縫為0.108mm；法國，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定裂縫為0.27mm；加拿大，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定裂縫為0.064mm；前蘇聯(lián)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定裂縫為0.12mm；波蘭，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定裂縫為0.182mm.從不同的國家來看，各國的標(biāo)準(zhǔn)對混凝土構(gòu)筑物的裂縫都有不同的掌握范圍和要求，要保證混凝土構(gòu)筑物不消失裂縫可以說是不行能的。在我國，對在不同環(huán)境下混凝土構(gòu)筑物，在不同的介質(zhì)狀況下，所規(guī)定的混凝土裂縫寬度也不同。所以說，對混凝土構(gòu)筑物的裂縫我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在設(shè)計上有肯定的允許寬度。國際上也都依據(jù)本國的特點(diǎn)，對混凝土的裂縫都有明確的規(guī)定，說明混凝土構(gòu)造的裂縫在肯定范圍內(nèi)是允許的，要想掌握混凝土構(gòu)筑物不裂縫是很難的，關(guān)鍵是怎么掌握能讓在施工中盡量小產(chǎn)生裂縫和把裂縫的寬度應(yīng)當(dāng)掌握在什么范圍內(nèi)，能使我們在施工中不受經(jīng)濟(jì)損失。

二、橋梁裂縫產(chǎn)生緣由淺析

實(shí)際上，混凝土構(gòu)造裂縫的成因簡單而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要緣由?；炷翗蛄毫芽p的種類，就其產(chǎn)生的緣由，大致可劃分如下幾種：

（一）、荷載引起的裂縫混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。

直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的緣由有：

1、設(shè)計計算階段，構(gòu)造計算時不計算或局部漏算；計算模型不合理；構(gòu)造受力假設(shè)與實(shí)際受力不符；荷載少算或漏算；內(nèi)力與配筋計算錯誤；構(gòu)造安全系數(shù)不夠。構(gòu)造設(shè)計時不考慮施工的可能性；設(shè)計斷面缺乏；鋼筋設(shè)置偏少或布置錯誤；構(gòu)造剛度缺乏；構(gòu)造處理不當(dāng)；設(shè)計圖紙交代不清等。

2、施工階段，不加限制地堆放施工機(jī)具、材料；不了解預(yù)制構(gòu)造構(gòu)造受力特點(diǎn)，隨便翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝；不按設(shè)計圖紙施工，擅自更改構(gòu)造施工挨次，轉(zhuǎn)變構(gòu)造受力模式；不對構(gòu)造做機(jī)器振動下的疲憊強(qiáng)度驗(yàn)算等。

3、使用階段，超出設(shè)計載荷的重型車輛過橋；受車輛、船舶的接觸、撞擊；發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸等。

次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的緣由有：

1、在設(shè)計外荷載作用下，由于構(gòu)造物的實(shí)際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致構(gòu)造開裂。例如兩鉸拱橋拱腳設(shè)計時常采納布置“X”形鋼筋、同時削減該處斷面尺寸的方法設(shè)計鉸，理論計算該處不會存在彎矩，但實(shí)際該鉸仍舊能夠抗彎，以至消失裂縫而導(dǎo)致鋼筋銹蝕。

2、橋梁構(gòu)造中常常需要鑿槽、開洞、設(shè)置牛腿等，在常規(guī)計算中難以用精確的圖式進(jìn)展模擬計算，一般依據(jù)閱歷設(shè)置受力鋼筋。討論說明，受力構(gòu)件挖孔后，力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞四周密集，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。在長跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁中，常常在跨內(nèi)依據(jù)截面內(nèi)力需要截斷鋼束，設(shè)置錨頭，而在錨固斷面四周常?？梢钥吹搅芽p。因此，若處理不當(dāng)，在這些構(gòu)造的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件外形突變處、受力鋼筋截斷處簡單消失裂縫。

實(shí)際工程中，次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見緣由。次應(yīng)力裂縫多屬張拉、劈裂、剪切性質(zhì)。次應(yīng)力裂縫也是由荷載引起，僅是按常規(guī)一般不計算，但隨著現(xiàn)代計算手段的不斷完善，次應(yīng)力裂縫也是可以做到合理驗(yàn)算的。在設(shè)計上，應(yīng)留意避開構(gòu)造突變（或斷面突變），當(dāng)不能回避時，應(yīng)做局部處理，如轉(zhuǎn)角處做圓角，突變處做成漸變過渡，同時加強(qiáng)構(gòu)造配筋，轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋，對于較大孔洞有條件時可在周邊設(shè)置護(hù)邊角鋼。

荷載裂縫特征依荷載不同而異呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。這類裂縫多消失在受拉區(qū)、受剪區(qū)或振動嚴(yán)峻部位。但必需指出，假如受壓區(qū)消失起皮或有沿受壓方向的短裂縫，往往是構(gòu)造到達(dá)承載力極限的標(biāo)志，是構(gòu)造破壞的前兆，其緣由往往是截面尺寸偏小。依據(jù)構(gòu)造不同受力方式，產(chǎn)生的裂縫特征如下：

1、中心受拉。裂縫貫穿構(gòu)件橫截面，間距大體相等，且垂直于受力方向。采納螺紋鋼筋時，裂縫之間消失位于鋼筋四周的次裂縫。

2、中心受壓。沿構(gòu)件消失平行于受力方向的短而密的平行裂縫。

3、受彎。彎矩截面四周從受拉區(qū)邊沿開頭消失與受拉方向垂直的裂縫，并漸漸向中和軸方向進(jìn)展。采納螺紋鋼筋時，裂縫間可見較短的次裂縫。當(dāng)構(gòu)造配筋較少時，裂縫少而寬，構(gòu)造可能發(fā)生脆性破壞。

4、大偏心受壓。大偏心受壓和受拉區(qū)配筋較少的小偏心受壓構(gòu)件，類似于受彎構(gòu)件。

5、小偏心受壓。小偏心受壓和受拉區(qū)配筋較多的大偏心受壓構(gòu)件，類似于中心受壓構(gòu)件。

6、受剪。當(dāng)箍筋太密時發(fā)生斜壓破壞，沿梁端腹部消失大于45°方向的斜裂縫；當(dāng)箍筋適當(dāng)時發(fā)生剪壓破壞，沿梁端中下部消失約45°方向相互平行的斜裂縫。

7、受扭。構(gòu)件一側(cè)腹部先消失多條約45°方向斜裂縫，并向相鄰面以螺旋方向綻開。

8、受沖切。沿柱頭板內(nèi)四側(cè)發(fā)生約45°方向斜面拉裂，形成沖切面。

9、局部受壓。在局部受壓區(qū)消失與壓力方向大致平行的多條短裂縫。

（二）、溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或構(gòu)造內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在構(gòu)造內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中，溫度應(yīng)力可以到達(dá)甚至超出活載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)分其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。引起溫度變化主要因素有：

1、年溫差。一年中四季溫度不斷變化，但變化相對緩慢，對橋梁構(gòu)造的影響主要是導(dǎo)致橋梁的縱向位移，一般可通過橋面伸縮縫、支座位移或設(shè)置柔性墩等構(gòu)造措施相協(xié)調(diào)，只有構(gòu)造的位移受到限制時才會引起溫度裂縫，例如拱橋、剛架橋等。我國年溫差一般以一月和七月月平均溫度的作為變化幅度?？紤]到混凝土的蠕變特性，年溫差內(nèi)力計算時混凝土彈性模量應(yīng)考慮折減。

2、日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其它部位，溫度梯度呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，消失裂縫。日照和下述突然降溫是導(dǎo)致構(gòu)造溫度裂縫的最常見緣由。

3、突然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致構(gòu)造外外表溫度突然下降，但因內(nèi)部溫度變化相對較慢而產(chǎn)生溫度梯度。日照和突然降溫內(nèi)力計算時可采納設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或參考實(shí)橋資料進(jìn)展，混凝土彈性模量不考慮折減。

4、水化熱。消失在施工過程中，大體積混凝土（厚度超過2.0米）澆筑之后由于水泥水化放熱，致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使外表消失裂縫。施工中應(yīng)依據(jù)實(shí)際狀況，盡量選擇水化熱低的水泥品種，限制水泥單位用量，削減骨料入模溫度，降低內(nèi)外溫差，并緩慢降溫，必要時可采納循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)展內(nèi)部散熱，或采納薄層連續(xù)澆筑以加快散熱。

5、蒸汽養(yǎng)護(hù)或冬季施工時施工措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易消失裂縫。

6、預(yù)制T梁之間橫隔板安裝時，支座預(yù)埋鋼板與調(diào)平鋼板焊接時，若焊接措施不當(dāng)，鐵件四周混凝土簡單燒傷開裂。采納電熱張拉法張拉預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時，預(yù)應(yīng)力鋼材溫度可上升至350℃，混凝土構(gòu)件也簡單開裂。試驗(yàn)討論說明，由火災(zāi)等緣由引起高溫?zé)齻幕炷翉?qiáng)度隨溫度的上升而明顯降低，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力隨之下降，混凝土溫度到達(dá)300℃后抗拉強(qiáng)度下降50%，抗壓強(qiáng)度下降60%，光圓鋼筋與混凝土的粘結(jié)力下降80%；由于受熱，混凝土體內(nèi)游離水大量蒸發(fā)也可產(chǎn)生急劇收縮。

（三）、收縮引起的裂縫

在實(shí)際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要緣由，另外還有自生收縮和炭化收縮。

塑性收縮。發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4~5小時左右，此時水泥水化反響劇烈，分子鏈漸漸形成，消失泌水和水分急劇蒸發(fā)，混凝土失水收縮，同時骨料因自重下沉，因此時混凝土尚未硬化，稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大，可達(dá)1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋，便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)件豎向變截面處如T梁、箱梁腹板與頂?shù)装褰唤犹?，因硬化前沉?shí)不勻稱將發(fā)生外表的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮，施工時應(yīng)掌握水灰比，避開過長時間的攪拌，下料不宜太快，振搗要密實(shí)，豎向變截面處宜分層澆筑。

縮水收縮（干縮）。混凝土結(jié)硬以后，隨著表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮）。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生外表收縮大、內(nèi)部收縮小的不勻稱收縮，外表收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使外表混凝土承受拉力，當(dāng)外表混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時，便產(chǎn)生收縮裂縫?；炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構(gòu)件（超過3%），鋼筋對混凝土收縮的約束比擬明顯，混凝土外表簡單消失龜裂裂紋。

自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過程中，水泥與水發(fā)生水化反響，這種收縮與外界濕度無關(guān)，且可以是正的（即收縮，如一般硅酸鹽水泥混凝土），也可以是負(fù)的（即膨脹，如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土）。

炭化收縮。大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反響引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生，且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計算。

混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大局部屬外表裂縫，裂縫寬度較細(xì)，且縱橫交叉，成龜裂狀，外形沒有任何規(guī)律。

討論說明，影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：

1、水泥品種、標(biāo)號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高，一般水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標(biāo)號越低、單位體積用量越大、磨細(xì)度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時間越長。例如，為了提高混凝土的強(qiáng)度，施工時常常采納強(qiáng)行增加水泥用量的做法，結(jié)果收縮應(yīng)力明顯加大。

2、骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低；而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小，含水量大收縮越大。

3、水灰比。用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。

4、外摻劑。外摻劑保水性越好，則混凝土收縮越小。

5、養(yǎng)護(hù)方法。良好的養(yǎng)護(hù)可加速混凝土的水化反響，獲得較高的混凝土強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時保持濕度越高、氣溫越低、養(yǎng)護(hù)時間越長，則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護(hù)方式比自然養(yǎng)護(hù)方式混凝土收縮要小。

6、外界環(huán)境。大氣中濕度小、空氣枯燥、溫度高、風(fēng)速大，則混凝土水分蒸