論大溫差干旱地區混凝土橋梁裂縫預防措施

阿布來提·吐尼牙孜

（新疆維吾爾自治區交通規劃勘察設計研究院，新疆 烏魯木齊 830006）

0 引言

隨著我國交通運輸事業的快速發展，越來越多的大跨度混凝土橋梁建成。大溫差干旱地區的混凝土橋梁，尤其是在新疆這樣特殊環境中的混凝土橋梁，由于受溫度影響，混凝土裂縫問題越來越普遍。在大溫差干旱地區混凝土橋梁建設中，合理選擇設計方案、使用材料和施工技術對預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混凝土橋梁的設計方案、使用材料和施工技術，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構，大體積混凝土結構有以下三種特征：

a）體積大，結構復雜，需要大量的混凝土澆筑；

b）容易受溫度應力的作用，產生混凝土開裂問題，混凝土開裂預防措施要求高；

c）對結構的技術指標要求高，除了要具備一定的剛性、強度及穩定性，還要求結構具備較高的防滲性、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構相比，具有三點特征：

a）混凝土橋梁結構所需的水泥量比較多，水泥與水發生化學反應產生大量的熱量，混凝土內部的溫度較高，內外溫度相差較大；

b）受溫度應力作用大，因為混凝土橋梁結構的設計中對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提高；

c）混凝土橋梁的相對結構小，部分位置的結構是薄壁型，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構在澆筑的過程中，水泥與水攪拌發生化學反應，在混凝土內部產生大量熱量，受混凝土散熱性影響，混凝土內部溫度向外部散發，混凝土各區域的溫度不同導致橋梁變形，橋梁混凝土的中間部位與邊緣部位變形相差較大，從而產生溫度應力。溫度應力與橋梁所受的約束力有關，約束力不同，產生的溫度應力也不同。假如溫度應力高于橋梁的抗拉應力時，混凝土橋梁就會產生裂縫現象。

2.2 地基的影響

當混凝土橋梁建設所在位置的地基是在堅固的巖石上時，堅硬的巖石會對新澆筑的混凝土產生影響，制約新澆初期混凝土的水化熱升溫情況，會對壓力的產生造成影響。由于地基巖石會對新澆混凝土溫度下降時收縮變形形成制約效果，混凝土的內部將會引起比較大的拉應力，然而混凝土由高溫到正常的溫度需要一定的時間，這種情況比較危險。當氣溫驟降時，早期的混凝土基礎的表面容易產生裂縫，后期的混凝土基礎溫度在不斷下降時，容易產生混凝土拉應力，從而加深表面的裂紋，最終產生對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 氣候環境的影響

氣候環境的改變將引發混凝土的開裂情況，在橋梁施工期間，氣溫突然驟變容易導致橋梁混凝土裂縫的產生。由于外界的氣溫驟降，使混凝土的內外溫差加大，導致其溫度應力增加。具體來說混凝土的溫度差較大，使混凝土內部與外部的變形情況相差較大，混凝土結構需要承受的應力就越大，應力差呈現負數現象時，混凝土就會產生裂縫。

2.4 混凝土的收縮影響

混凝土出現裂縫的一個重要因素是混凝土具有收縮性。在實際的施工過程中，對混凝土的各項標準具有特殊要求，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%的水都會被蒸發。混凝土中的水分被蒸發后將會引起收縮現象，收縮現象遭到制約，就會出現收縮應力。在混凝土的抗拉應力低于收縮應力的情況下，混凝土就會產生裂縫。

3 混凝土橋梁裂縫的預防措施

混凝土橋梁結構出現裂縫，一般是因為橋梁結構的防滲防水性、耐久性及整體性遭到嚴重破壞。在大溫差的干旱地區，混凝土的水熱化容易導致混凝土內外溫度差加大，出現溫度應力，破壞混凝土結構。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。要達到這個目的，就必須把握混凝土橋梁的設計到施工過程中每個細節，其中包含混凝土橋梁的設計方案、使用材料、施工技術、降低混凝土溫度的措施和維護等。

3.1 混凝土橋梁的設計

混凝土橋梁設計時，選擇適合大溫差干旱地區的合理設計方案和使用材料，適當增加配筋率，從而提高混凝土橋梁的抗裂能力。在配筋的選擇上，應該選用強度高的鋼筋，在滿足規范的前提下盡量采用較窄的間距，同時還要考慮混凝土的收縮問題。因此，設計人員必須靈活的應對混凝土結構在約束狀態下與沒有約束的自由狀態下，混凝土結構變形余地的情況及產生裂縫的預防措施。

混凝土橋梁的混凝土配合比設計至關重要。混凝土的配合比設計應堅持“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度、高韌度，彈性適中、高極拉值的特性。在設計過程中，注意在橋梁應力薄弱地方采取加強手段。

3.2 使用材料的選擇

水泥的品種對混凝土結構裂縫的產生帶來很大影響。根據研究表明，水泥遇水熱化后散發大量熱量是導致混凝土出現裂縫的主要因素。因此，解決施工過程中產生的熱量問題，是預防混凝土裂縫發生的必要問題。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、火山灰質硅酸鹽水泥。對混凝土中的水泥使用量應盡量減少，使混凝土的溫度差降低，保證混凝土硬化后的穩固性，可在水泥攪拌中加入添加劑，從而提高混凝土的強度，避免混凝土裂縫的產生。

在混凝土攪拌過程中加入優良的骨料，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，要結合實際的施工情況決定，盡可能的選取質量良好，顆粒直徑大的石料。對細骨料的選取，一般要求是選擇顆粒平均直徑比較大的粗石料，以便達到混凝土收縮的降低，水化熱量減少，從而實現預防混凝土出現裂縫。在水泥攪拌過程中加入適量的外加料（如粉煤灰），同樣能夠實現水泥與水的使用量，實現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 混凝土的保養措施

目前混凝土保養方式通常采取保溫隔熱方式。特別是在大溫差干旱地區，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?；炷恋木S護工作，應該在混凝土內部溫差減低的基礎下進行。保持混凝土的溫度差和濕度情況，是混凝土維護的主要工作內容。一般混凝土的保溫手段同樣可以收到保濕的作用。

混凝土維護是為了達到兩個目標：

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

b）混凝土的保溫是為了延長其釋放熱量的時間，增強混凝土的強度及材料的性能，提高混凝土的抗拉應力，預防混凝土出現深層的裂縫。保持混凝土的保濕程度，可以預防新澆混凝土硬化時，因為水化的速度太快而致使的混凝土表層脫水，最終引起混凝土裂縫；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力的強度。

混凝土的維護主要是對正要硬化的混凝土保持一定的濕潤度，每隔幾個小時對混凝土進行灑水保濕。在高溫干旱的情況下，要采取低溫入模手段；在一定時期，為避免混凝土的開裂，可以采用冰塊降低鋼筋混凝土內部溫度。

4 結語

在大溫差干旱地區，混凝土橋梁的修建應注意多方面的問題，對于混凝土橋梁開裂問題，主要應采取預防措施。橋梁從設計到施工的過程中，各項因素是相互影響、相互制約，不是單獨存在的。此外橋梁的設計與施工應該理論聯系實際，綜合考慮、科學建設，從而獲得良好的成果。從實際橋梁工程實踐可知，科學合理的設計方案，良好的配合比，先進的施工技術，優良的材料，可以提高橋梁工程的質量，采取積極有效的措施進行橋梁維護和檢測，保持嚴謹的施工工作態度，從而保證混凝土橋梁的抗裂能力，提高橋梁施工質量，獲得較高的經濟效益。

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