影響混凝土橋梁耐久性問題分析與處治措施

 影響混凝土橋梁耐久性問題分析與處治措施

　　摘要：混凝土橋梁開裂是工程中比較常見的病害，文章分析了混凝土橋梁裂縫形成的原因，提出預(yù)防橋梁混凝土裂縫的措施。

　　關(guān)鍵詞：橋梁,混凝土,耐久性,裂縫

　　混凝土結(jié)構(gòu)以其整體性好、耐久性好、可塑性強(qiáng)、維修費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)廣泛使用。一些發(fā)達(dá)國家的混凝土橋使用了三四十年后，紛紛進(jìn)入老化期。人們始料不及的是混凝土材料在不利的環(huán)境、運(yùn)用條件下，出現(xiàn)了一系列影響結(jié)構(gòu)耐久性的物理、化學(xué)現(xiàn)象，如結(jié)構(gòu)混凝土的碳化、保護(hù)層剝落、裂縫的 發(fā)展 、鋼筋銹蝕、滲透凍融破壞、混凝土集料的化學(xué)腐蝕等等。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題已成為結(jié)構(gòu)工程師們不容忽視的一個(gè)問題。

　　1、裂縫對混凝土橋梁耐久性的危害

　　人們普遍認(rèn)為，影響混凝土橋梁耐久性的一些主要原因，按主次順序，依次為：鋼筋的腐蝕、循環(huán)性冷凍與融化環(huán)境、堿硅反應(yīng)和硫酸鹽侵襲。上述每一項(xiàng)的膨脹開裂的機(jī)制中都牽扯到了水。不僅如此，水還是侵蝕性離子進(jìn)入混凝土內(nèi)部的主要載體。裂縫及其寬度對混凝土橋梁耐久起著直掛重要的作用，裂縫寬度大, 結(jié)構(gòu)耐久性失效的可能性也大。裂縫寬度達(dá)某一值時(shí), 結(jié)構(gòu)的耐久性不能滿足要求。同時(shí)，鋼筋并不能消除或削減混凝土的收縮裂縫，它只是把一些大的裂縫變成細(xì)紋和微裂。然而，恰恰是那些肉眼看不見也無法測量的細(xì)紋和微裂才構(gòu)成潛在通道，最終為離子從混凝土表面運(yùn)動到鋼筋建立了必要的通道，從而加速了混凝土橋梁的耐久性損失。

　　無論對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說，裂縫及其寬度對力筋腐蝕都有影響，且寬度不同其影響程度也不同。首先，裂縫加快了腐蝕的發(fā)生。在早期，裂縫寬度對力筋腐蝕影響較大，因?yàn)榱�筋去鈍化的時(shí)間取決于裂縫的寬度，然而腐蝕一旦開始，其影響程度大大降低。這時(shí)，腐蝕速度取決于未開裂處混凝土保護(hù)層的質(zhì)量和滲透性，混凝土保護(hù)層的質(zhì)量越好，滲透性越小，氧氣及水分的供給量也越少，腐蝕速度越慢，隨著碳化進(jìn)程的深入，毛細(xì)孔將逐漸被堵塞，使混凝土滲透性逐步降低，腐蝕速度也隨之下降。

　　2裂縫產(chǎn)生的原因

　　2.1 0.1～1 mm的裂縫主要起因于包括霜凍作用、濕度梯度在內(nèi)的溫度梯度，結(jié)構(gòu)超荷載，以及一些化學(xué)因素，如鋼筋腐蝕、堿骨料反應(yīng)等。早期裂縫一般是由于冷卻或干燥引發(fā)的收縮應(yīng)變造成的。當(dāng)剛剛硬化的混凝土裸露在周圍溫度濕度中，它不僅會產(chǎn)生熱收縮應(yīng)變還有干燥收縮應(yīng)變。哪種收縮應(yīng)變會占主導(dǎo)地位，取決于環(huán)境溫度和濕度，該混凝土構(gòu)件的大小，混凝土自身溫度，混凝土配料的性能以及混凝土的配比。

　　硬化混凝土在約束狀態(tài)下收縮應(yīng)變會產(chǎn)生彈性拉應(yīng)力。這種彈性拉應(yīng)力的第一個(gè)近似值可以被認(rèn)為是彈性模量和應(yīng)變的結(jié)果。當(dāng)引起的拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度，材料會出現(xiàn)裂縫�？墒怯捎诓牧瞎灿械恼硰椥孕阅�(徐變)，有些應(yīng)力就釋放出來。只有殘余應(yīng)力(應(yīng)力經(jīng)過徐變有所釋放之后)決定是否會發(fā)生裂縫。

　　2.2 導(dǎo)致混凝土裂縫行為的主要因素有：干燥收縮、徐變、彈性模量，以及抗拉強(qiáng)度。很明顯，隨著水泥比例的增加，混凝土的伸長率(抗裂性)就要降低，因?yàn)楦稍锸湛s都提高了。與此同時(shí)，強(qiáng)度的增加有可能增加彈性模量，降低徐變系數(shù)，從而對混凝土的伸長率產(chǎn)生負(fù)面影響，這也是早強(qiáng)混凝土一般比中度或低強(qiáng)度混凝土更易于裂縫。當(dāng)然，早強(qiáng)混凝土的結(jié)構(gòu)裂縫是可以通過使用足量的鋼筋而得以控制，但是如上文所述，這種作法無助于混凝土耐久性問題。

　　3裂縫的控制與預(yù)防

　　3.1混凝土原材料的選用

　　1)采用低水化熱的水泥。由于礦物成分及摻加混合材料數(shù)量不同，水泥的水化熱差異較大。鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量高的，水化熱較高;混合材料摻量多的水泥水

　　化熱較低。為減小水泥水化熱，降低混凝土絕熱溫升和混凝土內(nèi)部溫度，從而減小內(nèi)外溫差，應(yīng)選用低水化熱的水泥產(chǎn)品。

　　2)摻粉煤灰�？梢杂眠m量粉煤灰取代一部分水泥以削減水化熱產(chǎn)生的高溫峰值�；炷�土中摻用粉煤灰后，可提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，抑制堿集料反應(yīng)，減少新拌混凝土的泌水等。

　　3)骨料的選用。應(yīng)優(yōu)先選用熱膨脹系數(shù)小、含泥量低的骨料，并強(qiáng)調(diào)骨料的連續(xù)級配，條件許可時(shí)，應(yīng)盡可能使用粒徑大的骨料。之所以這樣，因?yàn)橐环矫婀橇媳旧淼膹?qiáng)度就遠(yuǎn)大于水泥膠體，另一方面，采用連續(xù)級配的骨料，可以提高骨料在混凝土中的所占體積，能大幅度降低水泥用量，從而間接地降低水化熱。

　　3.2施工措施

　　1)澆筑方案。在混凝土施工過程中，為了有效降低混凝土的內(nèi)外溫差，常采用分塊澆筑。分塊澆筑又可分為分層澆筑法和分段跳倉澆筑法兩種。分層澆筑法目前有全面分層法、分段分層法、斜面分層法3種澆注方案。

　　在時(shí)間允許的條件下，可將混凝土結(jié)構(gòu)采用分層多次澆注，施工層之間按施工縫處理，即薄層澆筑技術(shù)，它可以使混凝土內(nèi)部的水化熱得以充分地散發(fā)，應(yīng)該注意的是分層澆筑的間歇時(shí)間。目前水工混凝土中遵循的原則是薄層短間歇，對施工縫的處理要求十分嚴(yán)格;而在橋梁混凝土施工中，由于體積相對較小，多采用一次性整體澆筑和全面分層多次澆筑。

　　2)振搗工藝。采用二次振搗技術(shù)，即是澆灌后的混凝土，在振動界限以前，給予二次振搗，改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和孔隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)的裂縫，以減小內(nèi)部微裂，增加混凝土密實(shí)度，從而可使混凝土抗壓強(qiáng)度提高10-20%左右。

　　3.3混凝土養(yǎng)護(hù)

　　剛澆筑的混凝土、強(qiáng)度低、抵抗變形能力小，如遇到不利的溫濕度條件，其表面容易發(fā)生有害的冷縮和干縮裂縫。保溫的目的是減小混凝土表面與內(nèi)部溫差及表面混凝土溫度梯度，防止表面裂縫的發(fā)生。

　　混凝土表面壓平后，先在混凝土表面灑水，再覆蓋一層塑料薄膜，然后在塑料薄膜上覆蓋保溫材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保溫材料夜間要覆蓋嚴(yán)密，防止混凝土暴露，中午氣溫較高時(shí)可以揭開保溫材料適當(dāng)散熱。底層塑料布下預(yù)設(shè)補(bǔ)水軟管，補(bǔ)水軟管間距6-8m,沿管長度方向每100mm開5mm水孔，根據(jù)底板表面濕潤情況向管內(nèi)注水，養(yǎng)護(hù)過程設(shè)專人負(fù)責(zé)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]黃潔，李周波，張松.混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性措施[J].腐蝕與防護(hù)，2005

　　[2]黃軍生.鋼筋混凝土橋梁裂縫成因綜述，世界橋梁，2002.