混凝土桥梁温度收缩裂缝控制措施研究

关键词：混凝土桥梁 温度 收缩 裂缝 温度应力 收缩应力 控制

　　0、引言

　　混凝土温度收缩裂缝是混凝土桥梁结构中普遍存在的病害之一，裂缝对桥梁结构的使用性能及使用寿命都会产生非常大的影响：一方面，在外荷载的作用下，结构的破坏都是由混凝土中裂缝的逐渐发展所导致；另一方面，裂缝的存在会导致裂缝处钢筋发生锈蚀，从而影响桥梁结构的使用性能、可靠性以及耐久性。

　　本文通过分析混凝土桥梁温度收缩裂缝产生机理、特点，主要研究了防止和减小混凝土桥梁温度收缩裂缝的控制措施和各种措施的注意事项。

　　1、混凝土桥梁温度收缩裂缝的产生机理

　　桥梁混凝土在浇筑过程中由于水化作用产生大量热量使混凝土内部温度剧烈变化，混凝土早期的温度应力、干缩变形是结构产生开裂的主要原因。

　　混凝土桥梁在正常使用过程中不断与外界发生热交换，当温度应力大于混凝土的抗拉强度时，使混凝土受拉开裂。温度变化是混凝土结构产生温度应力和温度裂缝的原因。混凝土桥梁结构的温度应力可以分成两个部分：一是温度变形受到内部各部分的相互约束而引起的应力，称为自约束温度应力或温度自应力，静定结构中只有温度自应力；二是超静定结构中温度变形受到外部约束而引起的应力，称为温度次应力。超静定结构的温度应力由上述两部分应力叠加而成。再加上混凝土自身的收缩特性，使桥梁结构中的裂缝进一步产生和扩展。有可能导致混凝土桥梁发生严重开裂，给桥梁结构带来极大危害，严重影响桥梁的耐久性。

　　2、混凝土桥梁温度收缩产生裂缝的特点

　　对混凝土这种材料而言，其先天就存在着微观裂缝，而微观裂缝又在外部作用的促使下发展成为宏观裂缝。与普通混凝土相比，高性能混凝土的塑性收缩和自收缩最为突出。塑性收缩裂缝发生在混凝土硬化前。高性能混凝土由于水胶比低、自由水分少、成型后泌水少、表面水分蒸发快，所以比普通混凝土更易产生塑性裂缝。梁板裂缝呈现不同分布特征，裂缝一般垂直于纵向，分布在两侧面，两头细、中间宽、枣核形。

　　3、防止和减小混凝土桥梁温度缩裂缝的措施及其注意事项

　　混凝土桥梁的温度收缩裂缝的控制措施有：配合比设计的控制、选择合适的浇筑季节、降低结构约束、合理配设抗裂钢筋、设置伸缩缝、掺加混凝土膨胀剂、加入无机铝盐混凝土复合液等。但这些措施都有各自的特点和使用条件，在使用时要结合实际工程情况，综合考虑其注意事项和使用条件，否则收不到应有的效果。

　　3.1 配合比设计的控制

　　配合比设计的控制措施包括：水泥品种的选择、水灰比的控制、砂石骨料的选用和混凝土坍落度的控制。尽量选用水化热较低的水泥，减少水泥用量，这样既可降低混凝土内最高温度又可减少混凝土的收缩；低水灰比可减少混凝土的毛细孔，增强界面，提高混凝土的致密性，降低混凝土的内部温升，但是如果混凝土配合比设计中需掺入微膨胀剂，太低的水灰比会影响膨胀及补偿效果，采用时要加以考虑；尽可能选用粒径较大，级配良好的石子，适当增大粒径可减少用水量，进而减小水化热；混凝土坍落度一般应控制在18—20。

　　3.2 降低结构约束

　　混凝土结构在温度与收缩变形时遇到的约束有两类：一类是配筋构件中钢筋对混凝土产生的所谓自约束；另一类是由于结构的超静定而引起的外约束。研究发现我国GB50010—2002规范对最小配筋率要求偏低，而且没有考虑预应力的有利作用。实际配筋时连续约束应考虑设置滑动连接或减小梁的截面面积比来降低这种约束。非连续约束应考虑降低梁混凝土弹性模量、加大梁截面尺寸、跨度以及配筋率。

　　3.3 合理配设抗裂钢筋

　　通过增加直径较小、间距较密且均匀的抗裂钢筋来控制混凝土结构的温度收缩裂缝是一条行之有效的途径。但要考虑温度及收缩自由应变、结构约束、受力纵筋配筋率、荷载标准组合下的钢筋应力等主要因素的影响。建议配筋时考虑：桥梁的约束状况和周围环境、预应力的作用、普通钢筋的抗拉强度、钢筋的间距和布置形式。

　　3.4 掺加混凝土膨胀剂

　　使用膨胀混凝土的关键是14d的蓄水养护以及其后的保湿、保温、防风养护乃至使用过程中的潮湿、小风环境。膨胀混凝土对养护和使用环境温湿度的特殊要求，其仅仅适合在蓄水养护方便、使用环境保湿、保温效果较好、风速影响较小的地方使用。桥梁结构中一般保守使用为好，一般只利用它来解决结构早期开裂问题。

　　3.5 加入无机铝盐混凝土复合液

　　这种方法的原理是混凝土复合液掺入混凝土后，与水泥中的水化生成物发生化学反应，生成氢氧化铝、氢氧化铁等胶体物质，堵塞混凝土内的毛细通道和孔隙，降低混凝土的孔隙率，提高其密实性。另外溶液中的糖钙能大大增加混凝土的和易性，从而使用水量减少20 % 左右，并能延缓混凝土的初凝、终凝时间，降低水泥水化热，避免造成强度下降以及因混凝土内外温差引起的裂缝。

　　4、结语

　　通过分析混凝土桥梁温度收缩裂缝产生机理、特点，系统地阐述了防止和减小混凝土桥梁温度收缩裂缝的控制措施和各种措施的注意事项。本文的研究内容可以作为其他研究人员参考借鉴的资料。

　　参考文献：

　　[1]王铁梦. 钢筋混凝土结构的裂缝控制J 混凝土， 2000

　　[2]王铁梦.工程结构裂缝控制 中国建筑工业出版社

　　[3]李富民 混凝土框架梁板结构温度及收缩裂缝控制的研究D 南京： 东南大学， 2003.