某桥大体积桥台裂缝处理及预防措施.docVIP

某桥大体积桥台裂缝处理及预防措施 1 引言 随着我国社会主义现代化建设的不断发展，我国的桥梁事业也得到了长足的发展。因此，如何保证桥梁等建筑工程的质量也日益地受到各级政府和社会各界的广泛关注。在众多的工程质量问题中，混凝土裂缝现象最为突出，也是一切工程问题的根本，基本上所有结构的破坏根本上都源于裂缝的发展。所以，研究混凝土裂缝的产生机理及如何控制它的发生就变得非常具有必要性了。 2 工程概况 该桥全长170m，桥宽49m，为跨径35m+100m+35m的钢管混凝土拱桥，其桥台尺寸为49m×1.7m×6.7m 。因此，虽然其在桥梁中心线处设了一道3.5cm宽的伸缩缝，但其构造上仍是大体积混凝土结构。在实际施工过程中，其北岸桥台上产生了如右下图所示的裂缝： 北岸桥台的裂纹出现的比较有规律，深度都不是很大，凿开以后大概只有0.5mm的深度，但是分布得比较有规律，大概每隔1.5~2m就有一道。这些裂纹大部分出现前墙上，而且在个别部位跟台背是贯通的，但是到了承台裂纹就消失了。 3 裂缝原因分析 3.1 初步分析 通过对裂缝形态及分布情况的详细观察，初步推测这种裂缝是由于大体积混凝土水化收缩和温度收缩引起的，其中，温度收缩取主导作用。 混凝土拌合物由于水泥水化产物的体积比反应前物质的总体积要小,因而产生水化收缩。水化收缩又称化学收缩。所有的胶凝材料水化以后都有这种减缩作用,因为水化前后的平均密度不同。大部分硅酸盐水泥浆体完全水化后,体积减缩总量为7 %～9 %。在硬化前,所增加的固相体积填充原来被水所占据的空间,使水泥石密实,宏观体积减缩;硬化后,则宏观体积不变而水泥—水体系减缩后形成内部孔隙。因此,这种化学收缩在硬化前不影响硬化的混凝土性质,硬化后则随水灰比的不同形成和不同孔隙率而影响混凝土的性质。化学收缩与水泥的成分有关。C3A的收缩最大,所以C3A 含量越大,水泥的收缩也越大;此外,水泥中的石膏(SO3) 含量、水泥熟料中MgO 的含量也能引起水泥的体积变化。 另外，混凝土具有热胀冷缩的性质,温度变化引起的热胀冷缩对大体积和大面积混凝土极为不利,由于混凝土是热的不良导体,水泥水化初期放出的大量水化热难以迅速散发,浇筑后大体积混凝土的内部温度比外部温度高得多,有时可达50 ℃～70 ℃ 3.2 通过计算及建模分析 (1) 现场施工条件 现场采用混凝土泵送施工，水泥为福源鑫牌水泥，其水化热Q=290KJ/Kg，现场施工水灰比为0.52，环境相对湿度为70%~90%,每m3水泥用量345 Kg，混凝土的比热C=0.96J/kg.k，混凝土质量密度为2400kg/ m3。 混凝土15d水化热温度 式中，Mc——每立方混凝土水泥用量； Q——水泥水化热； t ——混凝土浇筑后计算的天数； m——与水泥品种、浇筑时间有关的经验系数，取0.3； C——混凝土的比热； ——混凝土质量密度。 混凝土的最大水化热温度 此温度为上式t趋近于∞时T的取值，故T(max)= 混凝土的收缩当量温差 此部分近似取[1] ，因为此例中的混凝土构件体积稍大，产生的收缩当量温差较大。 混凝土的最大综合温差 后来，在南岸桥台施工的时候，引进了测温仪对混凝土进行实时温度测量，所得温度最高为72℃，最高温差为44℃，与计算所得也比较接近，说明计算结果具有可信度。 将以上所得温度代入建好的桥台模型（取半幅桥台进行计算，用空间有限元软件Midas进行建模）如下图： 由以上的结果可知，大体积桥台由所受的最大综合温差产生的拉应力超过了混凝土的本身的抗拉强度，是裂缝产生的一部分原因。 3.3 结构分析 本例中裂缝的出现有一个不可忽视的原因，那就是由于温差产生的应力没有得到有效约束。在原设计图上，桥台是一次浇注完成的，在桥台的顶部设置有一层抗裂钢筋网来抵抗由于混凝土收缩或温度变化产生的应力。但是实际施工中考虑到它是大体积混凝土就进行了分层浇注，然而在分层处却没有同样地设置抗裂钢筋网。这样一来，混凝土由于温差产生的应力得不到有效约束，使得其在分层处产生了一些贯通裂。这就是为什么我们会观察到某些部位的裂缝与台背产生的裂缝是贯通的的原因。 3.4 裂缝原因综合分析 基于上述的分析和现场对桥台裂缝的实地考察，我们认为导致桥台裂缝的最主要原因是由于混凝土内部产生大量的水化热致使混凝土内外表面产生极大的温差，这种温差产生的拉应力由于没有受到有效的约束，使得桥台沿桥宽方向产生了分布比较有规律的竖直裂缝。其次，混凝土的均匀性、养护的合理性，以及自身的水化收缩都有可能加剧这种裂缝。 4 桥台裂缝处理 因为裂缝出现在桥台的前墙，而且桥位所在地的水质对钢筋具有轻度腐蚀作用。因此施工单位在裂缝出现以后采用了嵌缝法对裂缝进行