淺談環境對混凝土橋梁的影響

牛 凱 孫建超 張 坡

1 河北省新樂市園林局（050700） 2 河北省新樂市建筑工程質量監督站（050700）

淺談環境對混凝土橋梁的影響

牛 凱1孫建超2張 坡2

1 河北省新樂市園林局（050700） 2 河北省新樂市建筑工程質量監督站（050700）

1 潮濕對公路混凝土橋梁的影響

在新澆筑的混凝土中，顆粒間的孔隙被水所充滿，隨著混凝土的硬化，多余的水分不斷蒸發，導致混凝土體積收縮開裂。周圍環境的改變能夠引起混凝土體積的變化。

混凝土體積的變化與其內部濕度有關，潮濕的混凝土干燥后會收縮，反之會膨脹。導致混凝土的體積同樣會隨季節變化：炎熱潮濕的夏季，混凝土內部濕度較高；干燥寒冷的冬季，混凝土比較干燥。根據混凝土的干縮值可以估計出濕度變化引起的混凝土體積的變化值。

當混凝土橋梁構件的不同表面相對濕度不同時，潮氣在混凝土孔隙中流入或流出，從相對濕度較高的方向流向相對濕度較低的地方，同時，溫度升高時潮氣膨脹，也會從空隙中流出，從而引起混凝土體積的變化。

2 溫度對公路混凝土橋梁的影響

溫度對混凝土橋梁及其構件的影響之一是體積的變化，體積與溫度的關系可以通過混凝土的熱膨脹系數來描述。當混凝土橋梁或構件受到約束不能自由移動時，體積的變化就會產生應力，應力可以表現為各種形式：拉力、壓力、剪切力等。應力的存在會引發多種病害：開裂、破碎、過度變形等。

混凝土體積會隨溫度的變化而發生變化，溫度升高時，體積增大；溫度降低時，體積減小。其熱膨脹系數大約為9×10-6mm/(mm·℃)。溫度變化38℃時，30.5 m的梁的長度變化大約為22 mm。如果梁的兩端受到約束，不能自由變形，就有可能在梁和墩臺連接部位出現裂縫。不均勻的熱荷載對混凝土橋梁的影響還與橋梁結構形式有關。如果溫差足夠大，同時梁體底部的抗拉強度不足，就可能在梁底或者墩臺結合部位出現裂縫,隨著溫度的變化，裂縫不斷地開合，產生“折頁現象”。水泥水化反應生成大量的熱,新澆筑混凝土內部的溫度逐漸升高，這種溫度升高現象發生在混凝土剛剛澆筑的幾個小時或幾天齡期內，然后逐漸冷卻，最終與周圍環境溫度達成一致。如果冷卻發生在2～3 d齡期內，此時混凝土的抗拉強度很低,隨著混凝土冷卻收縮，很容易由于內部拉應力產生開裂。

3 荷載對公路混凝土橋梁的影響

公路混凝土橋梁是用來承受荷載的，包括自身的重力荷載、作用于其上的車輛人群荷載以及其他一些外力荷載等。然而公路混凝土橋梁的一些病害，如變形、開裂和破碎等與荷載導致的體積變化有關。鋼筋混凝土橋梁中鋼筋受到拉力作用時會伸長，此時，鋼筋附近混凝土也會受到拉力作用而伸長，當拉力超過混凝土抗拉強度時，在鋼筋附近就會出現橫向裂縫（預應力混凝土除外）。

1）底板（梁）與墩的剪切

與墩連接的底板和梁會受到相當大的剪切力作用，過大的剪切力會導致底板和梁的開裂。水平運動會造成連接處開裂，以下因素可以導致水平力的凝聚：

①溫度變化而引起的體積變化；

②后張法預應力導致的彈性收縮；

③地震或沉降引起的基礎移動；

④嚴重的跳車現象，會對梁或板產生水平沖擊力。

2）懸壁梁

懸臂梁頂部通常受到拉力作用，固定端受到的拉力最大，拉力由放置在梁頂部的鋼筋承載。使用懸臂梁有兩個重要的因素必須注意：①鋼筋必須放置在梁的頂部,否則可能導致整個結構出現問題；②懸臂梁頂部受拉出現的裂縫是潮濕氣體和其他腐蝕性物質的天然通道，嚴重的腐蝕可能引起梁的抗拉能力下降，甚至整個構件徹底失效。

3）連續梁

連續梁可以將負載傳遞給相鄰的構件。對于靜荷載，拉力通常發生在梁的底部、中心和支撐構件的頂部。當受到動荷載的影響，連續梁結構也會改變相鄰構件的應力分布，引起連續應力變化、反向變形和振動。如果這些反向變形和振動發生在連接縫處，則可能對臨近結構產生破壞，還會使已有裂縫變寬、加深，甚至開裂。

4）墩（柱）

墩（柱）是用來承受垂直荷載的，受到壓力作用時會縮短，同時會變粗（水平應變），嚴重時會產生拉力開裂。水平應變等于垂直應變與波爾森系數（0.1～0.2）的乘積。其縮短形式有三種：

①彈性縮短：只要有荷載，混凝土就會發生彈性縮短，縮短量等于應力除以彈性模量；

②徐變縮短：隨著時間的延長，混凝土會發生徐變縮短，徐變縮短與持續荷載和長期的水分喪失有關；

③干燥收縮：隨著使用時間的延長，混凝土的水分逐漸喪失，干燥收縮也持續進行。

5）后張法預應力構件

現澆混凝土的后張法預應力是產生耐久性好、承載效率高的一個有效方法。過大的壓力可能導致與墩臺連接部位的開裂。另外，隨著時間的延長，混凝土還會發生收縮徐變，同樣會造成應力聚集。大約需要1500 d，混凝土方能達到最終徐變量。

6）連接件

在橋梁結構中可能是由許多預制構件組成，每個預制件都與其他預制件發生聯系,相互作用。通常由于拉力或剪力過大，在連接處形成點荷載是非常普遍的。例如，放置在承臺上的T形預制梁經常會引起承臺接觸點出現點荷載，陽光照射的變化或一年四季的變化都會引起點荷載現象。

4 結語

針對工作環境對混凝土橋梁的影響分析，提出以下改進措施，以改善混凝土橋梁的耐久性狀況：

1）通過改善水泥的種類、骨料尺寸、骨料種類、水泥含量、坍落度、養護時間、澆筑溫度及骨料狀態等，可以降低混凝土橋梁構件的干縮率。

2）盡量避免不合理的結構形式，如墩梁固結連續梁等。不均勻熱荷載（溫度梯度等）會使橋梁內部產生應力聚集，導致橋梁多處出現裂縫。

3）適當提高設計荷載等級,治理超載超限車輛。目前，橋梁的設計通行能力與實際不符。

[1]李金玉.凍融環境下混凝土結構的耐久性設計與施工，混凝土結構耐久性設計與施工指南[M].中國工程院土木水利與建筑學部工程結構安全性與耐久性研究咨詢項目組,中國建筑工業出版社,2004.

[2]吳海軍.砼橋梁耐久性設計原則與構造措施探討[J].重慶交通學院學報,2006(2)：8～10.