混凝土技術(shù)在路橋施工過程中的應(yīng)用
2012-12-11 來源：作者：祖軍 來源：中國論文網(wǎng)
隨著我國市政交通建設(shè)的迅猛發(fā)展，各類橋梁建筑層出不窮。而在各種形式的施工過程中，混凝土的應(yīng)用越來越廣泛，混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代橋梁工程建設(shè)中已經(jīng)占據(jù)了非常重要的地位。因為該種結(jié)構(gòu)形式的橋梁具有價廉物美，施工方便，承載力大，可裝飾性強(qiáng)的特點(diǎn)。然而在混凝土施工使用的同時，由于對混凝土性能的了解不深，往往會在工程完工后的幾周或者更長一段時間內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了裂縫或者其他的不良反應(yīng)，給人們的心中造成了擔(dān)憂和害怕，盡管我們在施工過程中會采取各種措施，但裂縫仍然時有出現(xiàn)，有些還造成了很大的損失。為了減少和控制裂縫的出現(xiàn)，許多專業(yè)的混凝土技術(shù)研究人員對橋梁混凝土的裂縫形成進(jìn)行了大量的研究和探討，提出了一系列解決裂縫的辦法和意見，也取得了一些較好的成果，使混凝土橋梁的裂縫控制降低到一定范圍之內(nèi)。
一、混凝土在路橋施工中出現(xiàn)的問題
近年來，我國交通基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)展，各地興建了大量的混凝土路橋。在路橋建造和使用過程中，因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)致路橋垮塌的事故屢見不鮮。普通混凝土在路橋施工中出現(xiàn)的問題，經(jīng)常困擾著橋梁工程技術(shù)人員。這些問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
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普通混凝土是由水泥、碎石或卵石、砂和水拌合，經(jīng)硬化而成的一種人造材料。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收縮；水泥和水形成水泥漿，包裹在粗細(xì)骨料表面并填充骨料間的空隙。水泥漿體在硬化前起潤滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后將骨料膠結(jié)在一起，形成堅強(qiáng)的整體，但是水泥、石子和砂石是易脆性的材料，抗拉力不強(qiáng)，當(dāng)混凝土受拉或受彎，在很小的拉應(yīng)力下就會開裂。
（二）彈性不好
由于普通混凝土材料本身的特性，雖然抗壓強(qiáng)度高，混凝土的抗壓強(qiáng)度一般在7. 5~60MPa之間，當(dāng)摻入高效減水劑和摻合料時，強(qiáng)度可達(dá)100MPa以上。但是它的彈性不好，沒有能屈能伸的品性，好比一個大丈夫只能拔劍而起，卻不能忍辱負(fù)重。所以，在路橋面的荷載量非常大且受力不均勻的情況下，荷載力不能驅(qū)散分勻，這樣就導(dǎo)致某一個構(gòu)件不堪重力，最終產(chǎn)生裂縫。
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普通混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土也將發(fā)生收縮變化。然而，收縮容易導(dǎo)致變形，若變形遭到約束，則會在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在實際施工中，普通混凝土很容易結(jié)硬，結(jié)硬之后，混凝土中的水分子逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，變形也較大，因混凝土表層水分流失快，內(nèi)部損失慢，就產(chǎn)生了表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力。當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時，便產(chǎn)生收縮裂縫。
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耐久性曾被認(rèn)為是普通混凝土的優(yōu)點(diǎn)，隨著普遍的應(yīng)用后問題的出現(xiàn)，以及科研力的增強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)了普通混凝土的耐久性并不強(qiáng)，反而較弱。耐久性包括三個方面：（1）抗?jié)B性，指混凝土抵抗壓力水滲透的能力，普通混凝土的抗?jié)B性還是非常強(qiáng)的；（2）抗凍性，是指混凝土在使用的環(huán)境中，經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用，能保持強(qiáng)度和外觀的完整性的能力。普通混凝土的抗凍性很弱，當(dāng)氣溫在零度以下時，混凝土中膨脹力加大，混凝土強(qiáng)度降低，就會出現(xiàn)裂縫；（3）抗侵蝕性，指在酸、堿、鹽等環(huán)境中對水泥石的侵蝕所表現(xiàn)出現(xiàn)的免疫力。
隨著環(huán)境的惡化，再加上混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層容易受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，從而減弱了普通混凝土的耐久性。
二、混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因
混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的原因復(fù)雜多變，有多種因素的相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分為以下幾類：
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混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫稱為荷載裂縫，可分為直接應(yīng)力和次應(yīng)力裂縫兩種。（1）直接應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的直接應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫。（2）次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫。
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混凝土具有熱脹冷縮的特性。當(dāng)環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化時，混凝土?xí)l(fā)生變形，如變形受到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)會有應(yīng)力產(chǎn)生，一旦應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度就會產(chǎn)生溫度裂縫，在一些大跨徑的鋼筋混凝士橋梁中，溫度應(yīng)力甚至可以超出活荷載的應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別于其它裂縫的最主要特征是它會隨著溫度的變化而變化。
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在大量的橋梁工程施工過程中，混凝土因收縮而引起的裂縫是最普遍的。在混凝土收縮的種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮兩種情形。
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混凝土主要由水泥、砂、石骨料、拌和水和外加劑組成。配置混凝土用的材料如果質(zhì)量不合格，亦會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。
（五）施工工藝質(zhì)量引起的裂縫
在橋梁混凝土的結(jié)構(gòu)澆筑、預(yù)制構(gòu)件制作、起模、運(yùn)輸、堆放、拼裝及吊裝的過程中，如果施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，易產(chǎn)生縱向、橫向、斜向等各種形式的裂縫，特別是細(xì)長的薄壁結(jié)構(gòu)更易出現(xiàn)。
三、保證混凝土質(zhì)量及控制裂縫的措施
綜上所述,橋梁混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因可以歸納為以下三個大的方向:溫度、收縮及抗拉,在施工過程中可以通過以下措施控制混凝土裂縫的產(chǎn)生。
（一）混凝土施工的質(zhì)量保證措施：（1）選擇合適的水泥和嚴(yán)格控制好水泥用量。優(yōu)先采用525R, 425R普通水泥等高標(biāo)號水泥,減少水泥用量；（2）嚴(yán)格控制骨料級配和含泥量；（3）選擇適當(dāng)?shù)耐饧觿┖秃线m的配合比；（4）增加適當(dāng)?shù)念A(yù)埋件。
?。ǘ┗炷潦┕さ臏囟瓤刂拼胧簽榱朔乐沽芽p，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手?？刂茰囟葢?yīng)力的措施有以下幾種：（1）拌合混凝土?xí)r用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；（2）夏天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；（3）在混凝士中埋設(shè)水管,通入冷水進(jìn)行內(nèi)部降溫；（4）嚴(yán)格控制混凝土的入模溫度。
?。ㄈ┘訌?qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)：大量實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成的，寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫，因此混凝士的保溫對防止表面早期裂縫尤為重要。從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā)，保溫應(yīng)達(dá)到下述要求：（1）防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面產(chǎn)生梯度；（2）防止混凝土超冷，應(yīng)盡量設(shè)法使混凝土施工期間的最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度；（3）防止老混凝土面的過冷，以減少新老混凝土間的約束。
