浅谈高海拔地区桥梁混凝土裂缝病害防治措施

浅谈高海拔地区桥梁混凝土裂缝病害防治措施

曾,辉

中铁五局集团有限公司   湖南长沙    410015

    【摘要】：高海拔地区桥梁施工环境复杂,通常伴随有昼夜温差大、日照时间长、紫外线强度高、气候干湿交替频繁、风沙剧烈等不利施工条件。恶劣的自然环境会对混凝土的质量产生较严重影响。如何防治桥梁混凝土病害成为高原地区工程参建技术人员十分关注的课题。

【关键词】：高海拔 混凝土 病害 防治

1、工程环境

拉萨-日喀则铁路TJ3标位于雅鲁藏布江峡谷区色麦至萨嘎段，起止里程为DK86+700～DK111+000,管段总长：24.3公里。

路线通过地区属高原温带亚干旱气候区，冬寒夏凉、无霜期短、空气相对湿度小、昼夜温差大、日照充足丰富，冬春季干燥风沙大、雷暴多、向西气温逐渐下降，随着海拔高程的升高气温递减。雅江1号特大桥横跨雅江,地理环境造就大风天气多、昼夜温差大，空气湿度小，气候干燥。线路海拔3700～4000米，空气密度低，氧含量低，温差大，紫外线强植物稀少,生态脆弱,高原特点突出。

2、混凝土裂缝病害对结构物的危害

混凝土病害的最终形式一般表现为裂缝的产生。而砼结构裂缝的产生对结构物的强度、寿命直至结构安全性都会产生一系列影响。

2.1表面裂缝对桥梁结构的危害：混凝土裂缝是严重危害桥梁结构安全的因素。根据裂缝发展的程度，可以直接判定桥梁结构的整体受损程度。当桥梁混凝土表面最初出现裂缝时，不采取有效措施及时进行处置，在气温和外力的作用下裂纹逐渐发展为破坏性的深层裂纹和贯通裂纹。贯通裂缝和深层裂缝的出现会减弱桥梁混凝土的设计容许受力，在容许外力的作用下桥梁整体结构很可能发生破坏。

2.2裂缝对桥梁耐久性的危害：由于桥梁的出现的裂缝问题，对桥梁的使用耐久产生了一定影响。主要表现在加速了桥梁混凝土中钢筋的腐蚀；其次裂缝造成的漏水、渗水等促使混凝土保护层脱落，从而降低了桥梁结构的耐久性。

3、混凝土裂缝的种类与成因：

混凝土桥梁裂缝的类型，其产生原因大致可分为以下几类：

3.1荷载裂缝：在正常静、动过载及次应力作用下产生的裂缝，主要有直接应力裂缝、次应力裂缝。

3.2结构裂缝：造成混凝土结构裂缝的原因很多，受水泥、砂、骨料、水及添加剂原材料质量不合格和混凝土结构的浇筑、构件的制作、脱模、运输、砌筑、组装及吊装过程中施工工艺不合理等单一或多种因素相互影响而形成，主要表现为网状裂缝、下缘受拉区裂缝、下缘受拉区裂缝、腹板竖向裂缝、腹板斜向裂缝、梁侧水平裂缝、梁底纵向裂缝。

3.3温度裂缝：当外部环境或内部温度变化时，混凝土发生热胀冷缩变形在结构内产生温度应力，当应力超过混凝土的抗拉强度时，产生温度裂缝。在一些大跨度桥梁中，温度应力甚至可以超过活荷载应力。温度裂缝的最主要特征是随着温度的变化而变大或缩小。 引起温度变化的主要因素有：年温差、骤降降温、水化热、日照、蒸汽养护或冬季施工措施不当等，主要表现为混凝土收缩裂缝、昼夜温差引起的裂缝、日照时间差异引起的裂缝、冻胀裂缝、。

4、裂缝病害防治措施

4.1 荷载裂缝

为避免结构中出现荷载裂缝，应采用合理的计算模型，严格控制超设计荷载物件再桥上摆放或通行，严格执行桥梁施工过程中对材料堆放的相关管理要求。

4.2 温度裂缝

对混凝土温度裂缝的预防，要做到合理安排混凝土浇筑顺序及浇筑速度，浇筑过程中适当降低部分温差并严格执行操作流程。夏季施工时，需通过洒水对骨料降温；冬季施工时加强混凝土表面应覆盖保温措施，避免混凝土结构内、外部产生过大的温度差。

在雅江一号特大桥施工混凝土工程时,我们对浇筑方案的可行性进行反复审核,尤其是机械设备的配备情况。空心墩柱及连续梁节段浇筑工艺为整体一次浇筑成型工艺,且须满足左右对称浇筑。施工时分层浇筑，将层厚控制在60cm以下以保证混凝土水化热的及时散逸。在浇筑大体积承台时,在承台内增加了冷却管道数量，通过24小时不间断的灌注冷水及时散逸混凝土内部水化热。

混凝土养护是控制混凝土质量的最后一环。在雅江地区，由于夜间气温较低，我们对模板采取了足够的保温措施。保湿方面我们在在顶板处安放了两台大功率的蒸汽锅炉对新浇筑混凝土24小时蒸养。保温材料方面，在顶板采用了土工布加棉被和电热毯以及一层彩条布。腹板及底板钢模板喷射厚度达50cm的液体泡沫对模板进行保温，这样可有效防止混凝土表面产生温度裂缝。另外，由于空心墩的特殊结构，在混凝土浇筑后会在内外墩壁产生明显的温度差，派专人负责内壁24小时的洒水降温养护，且在内壁及内箱多留散热孔以减少由于温度差所产生的腹板及内壁温度裂缝。

4.3收缩裂缝

通过加强混凝土早期养护，可以有效降低混凝土中水分的蒸发速度，从而有效预防收缩裂缝。具体措施为：将麻袋、土工布等覆盖在混凝土结构表面，然后浇水养护。

在雅江一号特大桥施工特殊日照条件，我们从以下几个方面对混凝土阴阳面裂缝病害进行防治：（1）浇筑混凝土时避开日照最为强烈的中午时段，主动减少阳面混凝土受日照的时间。

（2）浇筑混凝土后保持阳面混凝土24小时湿润状态，加大了洒水养护力度，补偿阳面混凝土蒸发过快的水分，从而预防混凝土因干燥引起的裂纹以及强度损失。（3）正午时在阳面混凝土外增加了一层遮阳网（布），以减弱阳面混凝土日照强度。（4）傍晚后由于阴面混凝土容易受冻，故加强防冻措施，增设了一层电热毯，防治阴面混凝土因突然受冻引起的表面冻胀。

以上措施主要是平衡阴阳面混凝土温度与水分蒸发速度，使两侧混凝土在相近条件下同步凝固，预防混凝土病害的发生。

4.4冻胀引起的裂缝

冬季施工时,为了有效地保证混凝土在低温或负温度条件下凝固，可以在配合比中加入防冻剂。养生时采用保温棚、蒸汽加热、地下蓄热、电加热法进行保温。

4.5混凝土各类原材料的选择及配合比的优化

雅江一号特大桥混凝土原材料的选择及配合比的优化，以提高混凝土抗冻、负温早强以及抗风沙导致的水分蒸发过快等性能为原则。

（1）选用引气剂

在混凝土配合比中加入适量的引气剂剂，能有效提高了混凝土的防冻性能。掺入引气剂后既能在混凝土表面无冰时减少大体积冰冻，也能在过程中减轻冰挤出的破坏，吸收了更多的毛细孔中冰冻所产生的多余体积，大大保护了混凝土受破坏。

（2）选用早强剂及高效减水剂

在配合比设计中加入了山西凯迪高效减水剂及早强剂,减少了由于加入引气剂所带来的混凝土强度损失。加入引气剂会导致混凝土中气泡尺寸偏大,影响混凝土强度。含气量每增加1%,混凝土的抗压强度则见底3%~5%。通过掺加高效减水剂能够有效降低混凝土中空隙率，改善孔隙结构及分布状况，抵消由于引气剂导致的气泡尺寸过大带来的缺陷。

（3）选用防冻剂

混凝土内部水溶液结冰以及毛细孔中冰晶生长是新拌混凝土产生冻胀的主要原因，加入适量防冻剂很好地解决了这一问题。另外由于选用粉煤灰会增加混凝土构件中的可冻水含量，故在实际施工中我们尽量减少了粉煤灰的掺量。

（4）选用较小颗粒且吸水率较低的骨料

选用较小颗粒且吸水率较低的骨料，降低了混凝土中可冻水的含量，增加了混凝土的防冻性。

雅江一号特大桥C60混凝土施工配合比如下：水泥1：粉煤灰0.14：沙1.45：5-20mm碎石2.57：减水剂0.015：引气剂：0.0001：水0.35

5、实施效果

在采取一系列防止裂缝病害的措施之后，整个裂缝病害防治的施工水平与经验得到了提高，雅江一号特大桥从大体积的承台、墩身及连续梁节段，其结构物裂缝病害得到了较好地控制，整个混凝土质量得到了有效地保证。

参考文献：

[1]刘国旺 杜辉 混凝土防冻理论及冬季工程应用 海河水利、2008,[1]

[2]邸小坛 周燕 混凝土结构耐久性设计方法[J] 建筑科学、1997,1:16-20