第一部分混凝土桥梁的耐久性及常见病害成因分析主讲单成林教授华南理工大学土木与交通学院目录 1 非荷载裂缝 混凝土收缩裂缝 收缩引起的裂缝种类 影响混凝土收缩裂缝的主要因素 钢筋锈蚀引起的裂缝 骨料膨胀引起的裂缝 碱骨料反应 大体积混凝土水化热引起的裂缝 地基础变形引起的裂缝 冻胀引起的裂缝 施工材料质量引起的裂缝 施工工艺质量引起的裂缝 2 荷载引起的裂缝 直接应力裂缝 次应力裂缝 荷载裂缝特征 温度变化引起的裂缝砼桥梁的耐久性及常见病害成因分析大量的工程实践和理论分析表明,几乎所有的混凝土构件均是带裂缝工作的,只是有些裂缝很细,但有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下, 不断产生和扩展,使混凝土的强度和刚度受到削弱, 严重时甚至发生垮塌事故,必须加以控制。我国现行公路、铁路、建筑、水利等部门设计规范均采用限制构件裂缝宽度的办法来保障混凝土结构的正常使用。 1 非荷载裂缝 混凝土收缩裂缝混凝土收缩实为多孔结构的水泥石收缩,有三种类型引起: ①化学收缩-水化过程中体积缩小②物理收缩-毛细孔的自由水蒸发、干燥引起体积缩小③碳化收缩-空气中 CO2 与混凝土中 Ca(OH)2 发生化学反应,产生 CaCO3 析出水分蒸发,促使体积缩小。 收缩引起的裂缝种类在实际工程中,混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和炭化收缩。当混凝土的自由收缩受到约束时,如超静定结构的约束(无铰拱)、钢筋的阻碍、大体积、新旧混凝土结合(如在岩石上浇筑混凝土、承台与墩台身混凝土龄期及水灰比不一致、桥面现浇混凝土与结构顶面混凝土、湿接头混凝土龄期及水灰比不一致)等,若产生的拉应变大于当时混凝土的极限拉应变就会产生与拉应力方向相垂直的裂缝。塑性收缩: 发生在施工过程中、混凝土浇筑后 4~ 5h 左右,此时水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大,可达 1% 左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如 T 梁、箱梁腹板与顶底板交接处,因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。为减小混凝土塑性收缩,施工时应控制水灰比,避免过长时间的搅拌,下料不宜太快,振捣要密实,竖向变截面处宜分层浇筑。缩水收缩(干缩): 混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件(超过 3% ),钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,混凝土表面容易出现龟裂裂纹。如下图。桥面收缩裂缝
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