路橋工程施工過程中混凝土技術(shù)的應(yīng)用
導(dǎo)語：路橋工程按構(gòu)造可以分為：路基、路面、橋梁、涵洞、隧道、排水、防護(hù)、綠化、交通工程、機(jī)電等工程。按規(guī)范的單位工程劃分為：路基工程、路面工程、橋梁工程、互通立交工程、隧道工程、環(huán)保工程、交通安全設(shè)施、機(jī)電工程、房屋建筑工程。
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(gè)方面。
(一)抗拉力不強(qiáng)
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(jiān)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(huì)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(shí)，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(gè)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(gè)構(gòu)件不堪重力，最終產(chǎn)生裂縫。
(三)收縮易變形
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(huì)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(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。在實(shí)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(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。
(四)耐久性較弱
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(gè)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(shí)，混凝土中膨脹力加大，混凝土強(qiáng)度降低，就會(huì)出現(xiàn)裂縫;(3)抗侵蝕性，指在酸、堿、鹽等環(huán)境中對(duì)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：
(一)荷載引起的裂縫
混凝土橋梁在常規(guī)靜、動(dòng)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。
(二)溫度變化引起的裂縫
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(shí)，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(huì)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(huì)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(huì)隨著溫度的變化而變化。
(三)收縮引起的裂縫
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。
(四)施工材料質(zhì)量引起的裂縫
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(huì)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(gè)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(hào)水泥，減少水泥用量;
(2)嚴(yán)格控制骨料級(jí)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。
(二)混凝土施工的溫度控制措施：為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手。控制溫度應(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。
(三)加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)：大量實(shí)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(duì)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。
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