混凝土技术在路桥施工过程中的应用
2012-12-11 来源：作者：祖军 来源：中国论文网
随着我国市政交通建设的迅猛发展，各类桥梁建筑层出不穷。而在各种形式的施工过程中，混凝土的应用越来越广泛，混凝土结构在现代桥梁工程建设中已经占据了非常重要的地位。因为该种结构形式的桥梁具有价廉物美，施工方便，承载力大，可装饰性强的特点。然而在混凝土施工使用的同时，由于对混凝土性能的了解不深，往往会在工程完工后的几周或者更长一段时间内，混凝土结构出现了裂缝或者其他的不良反应，给人们的心中造成了担忧和害怕，尽管我们在施工过程中会采取各种措施，但裂缝仍然时有出现，有些还造成了很大的损失。为了减少和控制裂缝的出现，许多专业的混凝土技术研究人员对桥梁混凝土的裂缝形成进行了大量的研究和探讨，提出了一系列解决裂缝的办法和意见，也取得了一些较好的成果，使混凝土桥梁的裂缝控制降低到一定范围之内。
一、混凝土在路桥施工中出现的问题
近年来，我国交通基础建设得到迅猛发展，各地兴建了大量的混凝土路桥。在路桥建造和使用过程中，因出现裂缝而影响工程质量甚至导致路桥垮塌的事故屡见不鲜。普通混凝土在路桥施工中出现的问题，经常困扰着桥梁工程技术人员。这些问题主要表现在以下几个方面。
（一）抗拉力不强
普通混凝土是由水泥、碎石或卵石、砂和水拌合，经硬化而成的一种人造材料。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚强的整体，但是水泥、石子和砂石是易脆性的材料，抗拉力不强，当混凝土受拉或受弯，在很小的拉应力下就会开裂。
（二）弹性不好
由于普通混凝土材料本身的特性，虽然抗压强度高，混凝土的抗压强度一般在7. 5~60MPa之间，当掺入高效减水剂和掺合料时，强度可达100MPa以上。但是它的弹性不好，没有能屈能伸的品性，好比一个大丈夫只能拔剑而起，却不能忍辱负重。所以，在路桥面的荷载量非常大且受力不均匀的情况下，荷载力不能驱散分匀，这样就导致某一个构件不堪重力，最终产生裂缝。
（三）收缩易变形
普通混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土也将发生收缩变化。然而，收缩容易导致变形，若变形遭到约束，则会在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在实际施工中，普通混凝土很容易结硬，结硬之后，混凝土中的水分子逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，变形也较大，因混凝土表层水分流失快，内部损失慢，就产生了表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力。当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。
（四）耐久性较弱
耐久性曾被认为是普通混凝土的优点，随着普遍的应用后问题的出现，以及科研力的增强，发现了普通混凝土的耐久性并不强，反而较弱。耐久性包括三个方面：（1）抗渗性，指混凝土抵抗压力水渗透的能力，普通混凝土的抗渗性还是非常强的；（2）抗冻性，是指混凝土在使用的环境中，经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观的完整性的能力。普通混凝土的抗冻性很弱，当气温在零度以下时，混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，就会出现裂缝；（3）抗侵蚀性，指在酸、碱、盐等环境中对水泥石的侵蚀所表现出现的免疫力。
随着环境的恶化，再加上混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层容易受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，从而减弱了普通混凝土的耐久性。
二、混凝土桥梁裂缝产生的原因
混凝土桥梁结构裂缝的原因复杂多变，有多种因素的相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因，就其产生的原因，大致可划分为以下几类：
（一）荷载引起的裂缝
混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力作用下产生的裂缝称为荷载裂缝，可分为直接应力和次应力裂缝两种。（1）直接应力裂缝是指由外荷载引起的直接应力而产生的裂缝。（2）次应力裂缝是指由外荷载引起的次应力而产生的裂缝。
（二）温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩的特性。当环境或结构内部温度发生变化时，混凝土会发生变形，如变形受到约束，则在结构内会有应力产生，一旦应力超过混凝土的抗拉强度就会产生温度裂缝，在一些大跨径的钢筋混凝士桥梁中，温度应力甚至可以超出活荷载的应力。温度裂缝区别于其它裂缝的最主要特征是它会随着温度的变化而变化。
（三）收缩引起的裂缝
在大量的桥梁工程施工过程中，混凝土因收缩而引起的裂缝是最普遍的。在混凝土收缩的种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩两种情形。
（四）施工材料质量引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、石骨料、拌和水和外加剂组成。配置混凝土用的材料如果质量不合格，亦会导致结构产生裂缝。
（五）施工工艺质量引起的裂缝
在桥梁混凝土的结构浇筑、预制构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装的过程中，如果施工工艺不合理、施工质量低劣，易产生纵向、横向、斜向等各种形式的裂缝，特别是细长的薄壁结构更易出现。
三、保证混凝土质量及控制裂缝的措施
综上所述,桥梁混凝土产生裂缝的主要原因可以归纳为以下三个大的方向:温度、收缩及抗拉,在施工过程中可以通过以下措施控制混凝土裂缝的产生。
（一）混凝土施工的质量保证措施：（1）选择合适的水泥和严格控制好水泥用量。优先采用525R, 425R普通水泥等高标号水泥,减少水泥用量；（2）严格控制骨料级配和含泥量；（3）选择适当的外加剂和合适的配合比；（4）增加适当的预埋件。
（二）混凝土施工的温度控制措施：为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度应力的措施有以下几种：（1）拌合混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；（2）夏天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；（3）在混凝士中埋设水管,通入冷水进行内部降温；（4）严格控制混凝土的入模温度。
（三）加强混凝土的早期养护：大量实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成的，寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝，因此混凝士的保温对防止表面早期裂缝尤为重要。从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：（1）防止混凝土内外温度差及混凝土表面产生梯度；（2）防止混凝土超冷，应尽量设法使混凝土施工期间的最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度；（3）防止老混凝土面的过冷，以减少新老混凝土间的约束。
