論大溫差干旱地區(qū)混凝土橋梁裂縫預(yù)防措施

阿布來提·吐尼牙孜

（新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830006）

0 引言

隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的大跨度混凝土橋梁建成。大溫差干旱地區(qū)的混凝土橋梁，尤其是在新疆這樣特殊環(huán)境中的混凝土橋梁，由于受溫度影響，混凝土裂縫問題越來越普遍。在大溫差干旱地區(qū)混凝土橋梁建設(shè)中，合理選擇設(shè)計(jì)方案、使用材料和施工技術(shù)對(duì)預(yù)防混凝土橋梁開裂問題具有重要意義。因此，研究大溫差干旱地區(qū)混凝土橋梁的設(shè)計(jì)方案、使用材料和施工技術(shù)，解決混凝土橋梁的裂縫問題顯得尤為重要。

1 混凝土橋梁的特征

大跨度混凝土橋梁屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，大體積混凝土結(jié)構(gòu)有以下三種特征：

a）體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要大量的混凝土澆筑；

b）容易受溫度應(yīng)力的作用，產(chǎn)生混凝土開裂問題，混凝土開裂預(yù)防措施要求高；

c）對(duì)結(jié)構(gòu)的技術(shù)指標(biāo)要求高，除了要具備一定的剛性、強(qiáng)度及穩(wěn)定性，還要求結(jié)構(gòu)具備較高的防滲性、防水性及整體性。

混凝土橋梁除具有以上特征外，還具有其特有的特征。大體積混凝土橋梁與其他大體積混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有三點(diǎn)特征：

a）混凝土橋梁結(jié)構(gòu)所需的水泥量比較多，水泥與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量，混凝土內(nèi)部的溫度較高，內(nèi)外溫度相差較大；

b）受溫度應(yīng)力作用大，因?yàn)榛炷翗蛄航Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中對(duì)每平方厘米材料所要承受的壓力的要求高，所以配筋情況和配筋率也必須相應(yīng)提高；

c）混凝土橋梁的相對(duì)結(jié)構(gòu)小，部分位置的結(jié)構(gòu)是薄壁型，混凝土中的最高溫部位與最低溫部位距離較近，受外部溫度影響較大。

2 大體積混凝土橋梁裂縫成因

2.1 溫度的影響

大體積混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在澆筑的過程中，水泥與水?dāng)嚢璋l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量熱量，受混凝土散熱性影響，混凝土內(nèi)部溫度向外部散發(fā)，混凝土各區(qū)域的溫度不同導(dǎo)致橋梁變形，橋梁混凝土的中間部位與邊緣部位變形相差較大，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力與橋梁所受的約束力有關(guān)，約束力不同，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也不同。假如溫度應(yīng)力高于橋梁的抗拉應(yīng)力時(shí)，混凝土橋梁就會(huì)產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。

2.2 地基的影響

當(dāng)混凝土橋梁建設(shè)所在位置的地基是在堅(jiān)固的巖石上時(shí)，堅(jiān)硬的巖石會(huì)對(duì)新澆筑的混凝土產(chǎn)生影響，制約新澆初期混凝土的水化熱升溫情況，會(huì)對(duì)壓力的產(chǎn)生造成影響。由于地基巖石會(huì)對(duì)新澆混凝土溫度下降時(shí)收縮變形形成制約效果，混凝土的內(nèi)部將會(huì)引起比較大的拉應(yīng)力，然而混凝土由高溫到正常的溫度需要一定的時(shí)間，這種情況比較危險(xiǎn)。當(dāng)氣溫驟降時(shí)，早期的混凝土基礎(chǔ)的表面容易產(chǎn)生裂縫，后期的混凝土基礎(chǔ)溫度在不斷下降時(shí)，容易產(chǎn)生混凝土拉應(yīng)力，從而加深表面的裂紋，最終產(chǎn)生對(duì)混凝土橋梁具有較大破壞性的貫穿性裂縫與深層裂紋。

2.3 氣候環(huán)境的影響

氣候環(huán)境的改變將引發(fā)混凝土的開裂情況，在橋梁施工期間，氣溫突然驟變?nèi)菀讓?dǎo)致橋梁混凝土裂縫的產(chǎn)生。由于外界的氣溫驟降，使混凝土的內(nèi)外溫差加大，導(dǎo)致其溫度應(yīng)力增加。具體來說混凝土的溫度差較大，使混凝土內(nèi)部與外部的變形情況相差較大，混凝土結(jié)構(gòu)需要承受的應(yīng)力就越大，應(yīng)力差呈現(xiàn)負(fù)數(shù)現(xiàn)象時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

2.4 混凝土的收縮影響

混凝土出現(xiàn)裂縫的一個(gè)重要因素是混凝土具有收縮性。在實(shí)際的施工過程中，對(duì)混凝土的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)具有特殊要求，混凝土攪拌中需要大量的水泥和水，水泥水化中的含水量約占20%，其余80%的水都會(huì)被蒸發(fā)。混凝土中的水分被蒸發(fā)后將會(huì)引起收縮現(xiàn)象，收縮現(xiàn)象遭到制約，就會(huì)出現(xiàn)收縮應(yīng)力。在混凝土的抗拉應(yīng)力低于收縮應(yīng)力的情況下，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

3 混凝土橋梁裂縫的預(yù)防措施

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，一般是因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)的防滲防水性、耐久性及整體性遭到嚴(yán)重破壞。在大溫差的干旱地區(qū)，混凝土的水熱化容易導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫度差加大，出現(xiàn)溫度應(yīng)力，破壞混凝土結(jié)構(gòu)。因此要避免橋梁裂縫問題，就要采取有效措施改善混凝土溫度高低變化和溫度升降的速度。要達(dá)到這個(gè)目的，就必須把握混凝土橋梁的設(shè)計(jì)到施工過程中每個(gè)細(xì)節(jié)，其中包含混凝土橋梁的設(shè)計(jì)方案、使用材料、施工技術(shù)、降低混凝土溫度的措施和維護(hù)等。

3.1 混凝土橋梁的設(shè)計(jì)

混凝土橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，選擇適合大溫差干旱地區(qū)的合理設(shè)計(jì)方案和使用材料，適當(dāng)增加配筋率，從而提高混凝土橋梁的抗裂能力。在配筋的選擇上，應(yīng)該選用強(qiáng)度高的鋼筋，在滿足規(guī)范的前提下盡量采用較窄的間距，同時(shí)還要考慮混凝土的收縮問題。因此，設(shè)計(jì)人員必須靈活的應(yīng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)在約束狀態(tài)下與沒有約束的自由狀態(tài)下，混凝土結(jié)構(gòu)變形余地的情況及產(chǎn)生裂縫的預(yù)防措施。

混凝土橋梁的混凝土配合比設(shè)計(jì)至關(guān)重要。混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持“一高、二添、三低”原則，具體是指粉煤灰的添加量要高，要添加高效減水劑、高性能引氣劑，保持混凝土單位用水量中的含砂率低、坍落程度降低和水膠比率低。在這種原則下，使攪拌出的混凝土具備高強(qiáng)度、高韌度，彈性適中、高極拉值的特性。在設(shè)計(jì)過程中，注意在橋梁應(yīng)力薄弱地方采取加強(qiáng)手段。

3.2 使用材料的選擇

水泥的品種對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生帶來很大影響。根據(jù)研究表明，水泥遇水熱化后散發(fā)大量熱量是導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的主要因素。因此，解決施工過程中產(chǎn)生的熱量問題，是預(yù)防混凝土裂縫發(fā)生的必要問題。在水泥材料上選擇使用中低熱的水泥，在市場上出售的水泥一般包括復(fù)合硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥。對(duì)混凝土中的水泥使用量應(yīng)盡量減少，使混凝土的溫度差降低，保證混凝土硬化后的穩(wěn)固性，可在水泥攪拌中加入添加劑，從而提高混凝土的強(qiáng)度，避免混凝土裂縫的產(chǎn)生。

在混凝土攪拌過程中加入優(yōu)良的骨料，可以有效減低水泥與水的使用量，降低混凝土的收縮性，提高防水防滲性。骨料的選用，要結(jié)合實(shí)際的施工情況決定，盡可能的選取質(zhì)量良好，顆粒直徑大的石料。對(duì)細(xì)骨料的選取，一般要求是選擇顆粒平均直徑比較大的粗石料，以便達(dá)到混凝土收縮的降低，水化熱量減少，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)防混凝土出現(xiàn)裂縫。在水泥攪拌過程中加入適量的外加料（如粉煤灰），同樣能夠?qū)崿F(xiàn)水泥與水的使用量，實(shí)現(xiàn)水熱化溫度減低的效果。但是添加外加劑的量不能太多，一般情況下添加的外加劑不能高于水泥攪拌量中的30%。在水泥材料中添加一定量的減水劑，在強(qiáng)度相同的情況下，可以提高混凝土的和易性，減少水泥的使用量，降低水化熱過程產(chǎn)生的大量熱量，降低水化熱的熱量的散熱速度。

3.3 混凝土的保養(yǎng)措施

目前混凝土保養(yǎng)方式通常采取保溫隔熱方式。特別是在大溫差干旱地區(qū)，一般采取托克托古爾法。通常使用的混凝土表面的保溫材料有不吸水的泡沫塑料板、麻袋等。混凝土的維護(hù)工作，應(yīng)該在混凝土內(nèi)部溫差減低的基礎(chǔ)下進(jìn)行。保持混凝土的溫度差和濕度情況，是混凝土維護(hù)的主要工作內(nèi)容。一般混凝土的保溫手段同樣可以收到保濕的作用。

混凝土維護(hù)是為了達(dá)到兩個(gè)目標(biāo)：

a）混凝土表面的溫度散熱情況，減低混凝土表層的溫度差，預(yù)防混凝土表層裂紋的出現(xiàn)；

b）混凝土的保溫是為了延長其釋放熱量的時(shí)間，增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度及材料的性能，提高混凝土的抗拉應(yīng)力，預(yù)防混凝土出現(xiàn)深層的裂縫。保持混凝土的保濕程度，可以預(yù)防新澆混凝土硬化時(shí)，因?yàn)樗乃俣忍於率沟幕炷帘韺用撍罱K引起混凝土裂縫；混凝土在保溫保濕的情況下，可以保證混凝土的水化效果，從而提高混凝土抗拉應(yīng)力的強(qiáng)度。

混凝土的維護(hù)主要是對(duì)正要硬化的混凝土保持一定的濕潤度，每隔幾個(gè)小時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行灑水保濕。在高溫干旱的情況下，要采取低溫入模手段；在一定時(shí)期，為避免混凝土的開裂，可以采用冰塊降低鋼筋混凝土內(nèi)部溫度。

4 結(jié)語

在大溫差干旱地區(qū)，混凝土橋梁的修建應(yīng)注意多方面的問題，對(duì)于混凝土橋梁開裂問題，主要應(yīng)采取預(yù)防措施。橋梁從設(shè)計(jì)到施工的過程中，各項(xiàng)因素是相互影響、相互制約，不是單獨(dú)存在的。此外橋梁的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)該理論聯(lián)系實(shí)際，綜合考慮、科學(xué)建設(shè)，從而獲得良好的成果。從實(shí)際橋梁工程實(shí)踐可知，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，良好的配合比，先進(jìn)的施工技術(shù)，優(yōu)良的材料，可以提高橋梁工程的質(zhì)量，采取積極有效的措施進(jìn)行橋梁維護(hù)和檢測，保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕すぷ鲬B(tài)度，從而保證混凝土橋梁的抗裂能力，提高橋梁施工質(zhì)量，獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

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