混凝土橋梁工程裂縫及防水系統(tǒng)研究

李 楠

國(guó)家建筑裝修材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（450000）

0 前言

1 混凝土橋梁工程裂縫成因以及預(yù)防措施

1.1 混凝土橋梁工程裂縫成因

1.1.1 橋梁內(nèi)部水泥水化熱反應(yīng)

在混凝土橋梁施工的過(guò)程中，混凝土凝結(jié)時(shí)，水泥會(huì)發(fā)生水化熱反應(yīng)，在此過(guò)程中會(huì)釋放大量的熱能。在外界環(huán)境溫度較低的情況下，由于混凝土內(nèi)部大量熱能的聚集，與外界溫度形成一定溫差，而混凝土澆筑而成的石狀結(jié)構(gòu)的斷面較厚，物體的表面系數(shù)以及導(dǎo)熱能力較低，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差急劇變化，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力。由此形成的應(yīng)力又受到外部混凝土的約束，混凝土表面受到一定拉力，當(dāng)內(nèi)部的溫度應(yīng)力超過(guò)外部混凝土的約束力時(shí)，混凝土表面就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

1.1.2 外部溫度變化

混凝土表面的溫度受內(nèi)部因素影響。由于混凝土材料的物理特性，其溫度變化的速率較為緩慢，一旦澆筑混凝土的表層和外界的溫度之間存在較大差異，混凝土熱傳導(dǎo)的速率就會(huì)急速變化，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部和外部呈現(xiàn)出一定的溫度差異，誘發(fā)混凝土發(fā)生裂縫。經(jīng)過(guò)室內(nèi)恒溫環(huán)境、絕熱環(huán)境與室外環(huán)境對(duì)比試驗(yàn)得出，溫度對(duì)于混凝土應(yīng)力的影響十分顯著。室外環(huán)境下，外界溫度變化的幅度較大而且十分頻繁，所以極易引起混凝土開(kāi)裂問(wèn)題。值得注意的是，外界溫度降低越快，混凝土就越容易發(fā)生開(kāi)裂。

1.1.3 外部約束作用

在混凝土發(fā)生水化反應(yīng)的最后階段，混凝土?xí)膬?nèi)部到外部逐漸開(kāi)始導(dǎo)出熱量，混凝土中的水分逐漸開(kāi)始蒸發(fā)消失，使混凝土逐漸收縮，體積變小，密度變大。而正在收縮的混凝土受到外部的約束作用，如原澆筑基礎(chǔ)的嵌固或者摩擦等，外部較大的拉力與內(nèi)部的收縮力互相抗衡，產(chǎn)生局部應(yīng)力，而混凝土材料本身的抗拉強(qiáng)度有限，就會(huì)導(dǎo)致混凝土體出現(xiàn)裂縫。

1.1.4 混凝土收縮變形

在完成混凝土的澆筑之后，如果不對(duì)混凝土采取一定的養(yǎng)護(hù)措施，混凝土長(zhǎng)時(shí)間暴露在外，在風(fēng)吹日曬的作用下，混凝土內(nèi)部的毛細(xì)管會(huì)逐漸失去水分，混凝土就會(huì)因此逐漸收縮，混凝土的收縮必然會(huì)引發(fā)裂縫問(wèn)題?；炷梁康南陆狄矔?huì)使得硬化效果不佳，此時(shí)的混凝土強(qiáng)度較弱，抗裂性能有限，所以容易出現(xiàn)裂縫。為了提高橋梁的使用壽命以及相關(guān)性能，目前很多跨度較大的橋梁建設(shè)項(xiàng)目工程中都使用高強(qiáng)度混凝土，高強(qiáng)度混凝土失水收縮更為明顯，所以需要更加注意由此引發(fā)的橋梁裂縫問(wèn)題[1]。

數(shù)學(xué)知識(shí)只有通過(guò)實(shí)踐，才能發(fā)揮它的實(shí)際作用。在生活中，主動(dòng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決生活中所遇到的問(wèn)題。除了在生活中的應(yīng)用，學(xué)生也應(yīng)該積極加入團(tuán)隊(duì)，在團(tuán)隊(duì)中培育自身的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。教師應(yīng)注重團(tuán)隊(duì)的作用，將學(xué)生分為幾個(gè)組。在小組中，學(xué)生能合作，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短。在這種思維的矛盾沖突中，學(xué)生能夠碰撞出思維的火花。思想不斷交流與信息不斷更新，使得創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力能在這種情況下不斷提高。教師應(yīng)該注重引導(dǎo)學(xué)生，給學(xué)生創(chuàng)造團(tuán)隊(duì)合作的良好條件，并在其中起引導(dǎo)作用，給予一些建議。教師也應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作，讓學(xué)生明確合作的前提、要求以及最后所要達(dá)到的目的，讓學(xué)生在開(kāi)展活動(dòng)時(shí)，思維更加清晰。

1.2 混凝土橋梁工程裂縫預(yù)防措施

1.2.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段

在設(shè)計(jì)混凝土橋梁及準(zhǔn)備建筑材料時(shí)就需要考慮混凝土的特點(diǎn)。一方面，在混凝土中加設(shè)保護(hù)層防裂網(wǎng)，并在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部通過(guò)鋼筋結(jié)構(gòu)增加其抗拉及抗裂的能力。另一方面，可以從溫度入手，盡量降低混凝土內(nèi)外溫差梯度，以降低水化反應(yīng)釋放的熱能。如選擇合適的膠凝材料及摻和料從源頭上降低溫度。還可以引入活性材料，如粉煤灰。該材料不僅能夠減少泌水，而且水化反應(yīng)所釋放出來(lái)的熱能是一般水泥的5%～35%，極大地降低了放熱，能夠有效降低混凝土內(nèi)部的升溫速率。也可以通過(guò)使用一些添加劑，直接改善混凝土的物理性能。如可以添加適量的膨脹劑，產(chǎn)生大量熱能的時(shí)候，混凝土?xí)谂蛎泟┑淖饔孟掳l(fā)生膨脹，二者同步發(fā)生，能夠使混凝土適應(yīng)溫度應(yīng)力，進(jìn)而提高其抗拉能力。

1.2.2 施工階段

在混凝土橋梁施工中，采用科學(xué)施工方法能夠預(yù)防混凝土發(fā)生裂縫。在澆筑施工之前，要對(duì)混凝土進(jìn)行保養(yǎng)及做好保濕工作，確保其充分吸水，最大程度地預(yù)防混凝土因失水收縮引起的開(kāi)裂問(wèn)題。在橋梁工程結(jié)構(gòu)允許的情況下，可以在混凝土澆筑體的底部涂上一層瀝青，再鋪設(shè)一層油氈，以降低混凝土與基礎(chǔ)部位之間的摩擦力，減小嵌固作用，從而降低外部約束力。

在施工的過(guò)程中，最好能夠在溫度較為穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行施工，采用分層澆筑的方式也能夠有效避免由于水化熱反應(yīng)的緣故導(dǎo)致混凝土溫度過(guò)高的情況。在溫度較高的時(shí)段，要對(duì)澆筑模板采取一定的防曬及噴水降溫措施。如通過(guò)預(yù)埋冷卻水管的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土內(nèi)部溫度的控制。

1.2.3 養(yǎng)護(hù)階段

在混凝土的澆筑施工完成之后，應(yīng)對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。溫度較高時(shí)，需要通過(guò)噴水淋濕的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；在溫度較低的情況下，需要設(shè)置防風(fēng)棉被。在養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中切忌干濕交替，混凝土的反復(fù)收縮會(huì)引發(fā)裂縫。此外，避免剛澆筑完的混凝土持續(xù)暴露在陽(yáng)光之下，防止水分過(guò)度蒸發(fā)而加速混凝土收縮。在混凝土養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，需要根據(jù)具體的情況對(duì)混凝土的濕度和溫度進(jìn)行控制，為避免前功盡棄，一定要做好養(yǎng)護(hù)工作[2]。

2 混凝土橋梁工程防水系統(tǒng)

2.1 影響防水質(zhì)量的因素

混凝土橋梁進(jìn)水之后，內(nèi)部的鋼筋結(jié)構(gòu)會(huì)遭到腐蝕，而且也會(huì)影響到混凝土的性能，一旦溫度過(guò)高，橋梁失水，就會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)收縮，降低混凝土橋梁的耐久性，縮短其使用壽命，所以對(duì)混凝土橋梁采取一定的防水措施是十分必要的。

影響混凝土橋梁防水系統(tǒng)質(zhì)量的因素主要有以下幾個(gè)方面。

1）防水基面。如果防水基面不平整干凈，或者過(guò)度干燥，都會(huì)導(dǎo)致橋梁表面防水層脫落，使防水層無(wú)法發(fā)揮其作用。

2）動(dòng)荷載影響。在瀝青混凝土鋪設(shè)的過(guò)程中，防水層需要承受碾壓及穿刺作用，需要反復(fù)對(duì)橋面進(jìn)行碾壓測(cè)試，確保防水層能夠承受車(chē)輛荷載。

3）材料性能。在防水層施工的過(guò)程中，需要合理選擇防水材料。其應(yīng)具有良好的抗老化能力，減少因外部環(huán)境影響降低防水能力，確保防水層的使用期限和防水質(zhì)量。

4）溫度把控。在鋪設(shè)橋面的時(shí)候，需要合理控制瀝青混凝土的溫度，防止因?yàn)闇囟冗^(guò)高導(dǎo)致防水層性能發(fā)生改變，影響防水效果。

2.2 橋面防水系統(tǒng)

混凝土橋梁的橋面防水系統(tǒng)多種多樣，如預(yù)制卷材體系、樹(shù)脂薄膜體系等。一般情況下，橋梁的防水系統(tǒng)包括防水和排水兩個(gè)部分。排水即通過(guò)橋面的橫縱坡及排水溝等實(shí)現(xiàn)橋面排水。相比之下，防水系統(tǒng)就較為復(fù)雜。一方面混凝土材料本身具備一定的防水性能，所以在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)將與水接觸的結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)為防水混凝土，防水混凝土的結(jié)構(gòu)較為密實(shí)，且具有一定的防腐性能，防水混凝土自身的防水性能對(duì)于混凝土膨脹開(kāi)裂能夠起到一定的控制作用，一般通過(guò)在混凝土中添加超細(xì)粉或者粉煤灰等材料實(shí)現(xiàn)混凝土防水性能的提升。另一方面，在混凝土橋梁工程中，可以通過(guò)在橋面涂刷防水層實(shí)現(xiàn)橋梁防水。橋梁防水層材料的選擇不僅要求其具備超強(qiáng)的防水能力，而且要與橋面的瀝青混凝土能夠良好的附著在一起。橋面防水涂層是橋梁防水系統(tǒng)中十分重要的組成部分。

3 結(jié)語(yǔ)

裂縫問(wèn)題及防水問(wèn)題都是影響混凝土橋梁工程質(zhì)量的重點(diǎn)問(wèn)題，不僅要在施工過(guò)程中對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行控制，而且在施工之前也應(yīng)做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。有效的裂縫處理措施和防水系統(tǒng)對(duì)于保障混凝土橋梁的質(zhì)量及使用壽命都具有重要的作用。