论大温差干旱地区混凝土桥梁裂缝预防措施

阿布来提·吐尼牙孜

（新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830006）

0 引言

随着我国交通运输事业的快速发展，越来越多的大跨度混凝土桥梁建成。大温差干旱地区的混凝土桥梁，尤其是在新疆这样特殊环境中的混凝土桥梁，由于受温度影响，混凝土裂缝问题越来越普遍。在大温差干旱地区混凝土桥梁建设中，合理选择设计方案、使用材料和施工技术对预防混凝土桥梁开裂问题具有重要意义。因此，研究大温差干旱地区混凝土桥梁的设计方案、使用材料和施工技术，解决混凝土桥梁的裂缝问题显得尤为重要。

1 混凝土桥梁的特征

大跨度混凝土桥梁属于大体积混凝土结构，大体积混凝土结构有以下三种特征：

a）体积大，结构复杂，需要大量的混凝土浇筑；

b）容易受温度应力的作用，产生混凝土开裂问题，混凝土开裂预防措施要求高；

c）对结构的技术指标要求高，除了要具备一定的刚性、强度及稳定性，还要求结构具备较高的防渗性、防水性及整体性。

混凝土桥梁除具有以上特征外，还具有其特有的特征。大体积混凝土桥梁与其他大体积混凝土结构相比，具有三点特征：

a）混凝土桥梁结构所需的水泥量比较多，水泥与水发生化学反应产生大量的热量，混凝土内部的温度较高，内外温度相差较大；

b）受温度应力作用大，因为混凝土桥梁结构的设计中对每平方厘米材料所要承受的压力的要求高，所以配筋情况和配筋率也必须相应提高；

c）混凝土桥梁的相对结构小，部分位置的结构是薄壁型，混凝土中的最高温部位与最低温部位距离较近，受外部温度影响较大。

2 大体积混凝土桥梁裂缝成因

2.1 温度的影响

大体积混凝土桥梁结构在浇筑的过程中，水泥与水搅拌发生化学反应，在混凝土内部产生大量热量，受混凝土散热性影响，混凝土内部温度向外部散发，混凝土各区域的温度不同导致桥梁变形，桥梁混凝土的中间部位与边缘部位变形相差较大，从而产生温度应力。温度应力与桥梁所受的约束力有关，约束力不同，产生的温度应力也不同。假如温度应力高于桥梁的抗拉应力时，混凝土桥梁就会产生裂缝现象。

2.2 地基的影响

当混凝土桥梁建设所在位置的地基是在坚固的岩石上时，坚硬的岩石会对新浇筑的混凝土产生影响，制约新浇初期混凝土的水化热升温情况，会对压力的产生造成影响。由于地基岩石会对新浇混凝土温度下降时收缩变形形成制约效果，混凝土的内部将会引起比较大的拉应力，然而混凝土由高温到正常的温度需要一定的时间，这种情况比较危险。当气温骤降时，早期的混凝土基础的表面容易产生裂缝，后期的混凝土基础温度在不断下降时，容易产生混凝土拉应力，从而加深表面的裂纹，最终产生对混凝土桥梁具有较大破坏性的贯穿性裂缝与深层裂纹。

2.3 气候环境的影响

气候环境的改变将引发混凝土的开裂情况，在桥梁施工期间，气温突然骤变容易导致桥梁混凝土裂缝的产生。由于外界的气温骤降，使混凝土的内外温差加大，导致其温度应力增加。具体来说混凝土的温度差较大，使混凝土内部与外部的变形情况相差较大，混凝土结构需要承受的应力就越大，应力差呈现负数现象时，混凝土就会产生裂缝。

2.4 混凝土的收缩影响

混凝土出现裂缝的一个重要因素是混凝土具有收缩性。在实际的施工过程中，对混凝土的各项标准具有特殊要求，混凝土搅拌中需要大量的水泥和水，水泥水化中的含水量约占20%，其余80%的水都会被蒸发。混凝土中的水分被蒸发后将会引起收缩现象，收缩现象遭到制约，就会出现收缩应力。在混凝土的抗拉应力低于收缩应力的情况下，混凝土就会产生裂缝。

3 混凝土桥梁裂缝的预防措施

混凝土桥梁结构出现裂缝，一般是因为桥梁结构的防渗防水性、耐久性及整体性遭到严重破坏。在大温差的干旱地区，混凝土的水热化容易导致混凝土内外温度差加大，出现温度应力，破坏混凝土结构。因此要避免桥梁裂缝问题，就要采取有效措施改善混凝土温度高低变化和温度升降的速度。要达到这个目的，就必须把握混凝土桥梁的设计到施工过程中每个细节，其中包含混凝土桥梁的设计方案、使用材料、施工技术、降低混凝土温度的措施和维护等。

3.1 混凝土桥梁的设计

混凝土桥梁设计时，选择适合大温差干旱地区的合理设计方案和使用材料，适当增加配筋率，从而提高混凝土桥梁的抗裂能力。在配筋的选择上，应该选用强度高的钢筋，在满足规范的前提下尽量采用较窄的间距，同时还要考虑混凝土的收缩问题。因此，设计人员必须灵活的应对混凝土结构在约束状态下与没有约束的自由状态下，混凝土结构变形余地的情况及产生裂缝的预防措施。

混凝土桥梁的混凝土配合比设计至关重要。混凝土的配合比设计应坚持“一高、二添、三低”原则，具体是指粉煤灰的添加量要高，要添加高效减水剂、高性能引气剂，保持混凝土单位用水量中的含砂率低、坍落程度降低和水胶比率低。在这种原则下，使搅拌出的混凝土具备高强度、高韧度，弹性适中、高极拉值的特性。在设计过程中，注意在桥梁应力薄弱地方采取加强手段。

3.2 使用材料的选择

水泥的品种对混凝土结构裂缝的产生带来很大影响。根据研究表明，水泥遇水热化后散发大量热量是导致混凝土出现裂缝的主要因素。因此，解决施工过程中产生的热量问题，是预防混凝土裂缝发生的必要问题。在水泥材料上选择使用中低热的水泥，在市场上出售的水泥一般包括复合硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥。对混凝土中的水泥使用量应尽量减少，使混凝土的温度差降低，保证混凝土硬化后的稳固性，可在水泥搅拌中加入添加剂，从而提高混凝土的强度，避免混凝土裂缝的产生。

在混凝土搅拌过程中加入优良的骨料，可以有效减低水泥与水的使用量，降低混凝土的收缩性，提高防水防渗性。骨料的选用，要结合实际的施工情况决定，尽可能的选取质量良好，颗粒直径大的石料。对细骨料的选取，一般要求是选择颗粒平均直径比较大的粗石料，以便达到混凝土收缩的降低，水化热量减少，从而实现预防混凝土出现裂缝。在水泥搅拌过程中加入适量的外加料（如粉煤灰），同样能够实现水泥与水的使用量，实现水热化温度减低的效果。但是添加外加剂的量不能太多，一般情况下添加的外加剂不能高于水泥搅拌量中的30%。在水泥材料中添加一定量的减水剂，在强度相同的情况下，可以提高混凝土的和易性，减少水泥的使用量，降低水化热过程产生的大量热量，降低水化热的热量的散热速度。

3.3 混凝土的保养措施

目前混凝土保养方式通常采取保温隔热方式。特别是在大温差干旱地区，一般采取托克托古尔法。通常使用的混凝土表面的保温材料有不吸水的泡沫塑料板、麻袋等。混凝土的维护工作，应该在混凝土内部温差减低的基础下进行。保持混凝土的温度差和湿度情况，是混凝土维护的主要工作内容。一般混凝土的保温手段同样可以收到保湿的作用。

混凝土维护是为了达到两个目标：

a）混凝土表面的温度散热情况，减低混凝土表层的温度差，预防混凝土表层裂纹的出现；

b）混凝土的保温是为了延长其释放热量的时间，增强混凝土的强度及材料的性能，提高混凝土的抗拉应力，预防混凝土出现深层的裂缝。保持混凝土的保湿程度，可以预防新浇混凝土硬化时，因为水化的速度太快而致使的混凝土表层脱水，最终引起混凝土裂缝；混凝土在保温保湿的情况下，可以保证混凝土的水化效果，从而提高混凝土抗拉应力的强度。

混凝土的维护主要是对正要硬化的混凝土保持一定的湿润度，每隔几个小时对混凝土进行洒水保湿。在高温干旱的情况下，要采取低温入模手段；在一定时期，为避免混凝土的开裂，可以采用冰块降低钢筋混凝土内部温度。

4 结语

在大温差干旱地区，混凝土桥梁的修建应注意多方面的问题，对于混凝土桥梁开裂问题，主要应采取预防措施。桥梁从设计到施工的过程中，各项因素是相互影响、相互制约，不是单独存在的。此外桥梁的设计与施工应该理论联系实际，综合考虑、科学建设，从而获得良好的成果。从实际桥梁工程实践可知，科学合理的设计方案，良好的配合比，先进的施工技术，优良的材料，可以提高桥梁工程的质量，采取积极有效的措施进行桥梁维护和检测，保持严谨的施工工作态度，从而保证混凝土桥梁的抗裂能力，提高桥梁施工质量，获得较高的经济效益。

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