牛 凱 孫建超 張 坡

1 河北省新樂市園林局（050700） 2 河北省新樂市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站（050700）

淺談環(huán)境對混凝土橋梁的影響

牛 凱1孫建超2張 坡2

1 河北省新樂市園林局（050700） 2 河北省新樂市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站（050700）

1 潮濕對公路混凝土橋梁的影響

在新澆筑的混凝土中，顆粒間的孔隙被水所充滿，隨著混凝土的硬化，多余的水分不斷蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土體積收縮開裂。周圍環(huán)境的改變能夠引起混凝土體積的變化。

混凝土體積的變化與其內(nèi)部濕度有關(guān)，潮濕的混凝土干燥后會收縮，反之會膨脹。導(dǎo)致混凝土的體積同樣會隨季節(jié)變化：炎熱潮濕的夏季，混凝土內(nèi)部濕度較高；干燥寒冷的冬季，混凝土比較干燥。根據(jù)混凝土的干縮值可以估計出濕度變化引起的混凝土體積的變化值。

當(dāng)混凝土橋梁構(gòu)件的不同表面相對濕度不同時，潮氣在混凝土孔隙中流入或流出，從相對濕度較高的方向流向相對濕度較低的地方，同時，溫度升高時潮氣膨脹，也會從空隙中流出，從而引起混凝土體積的變化。

2 溫度對公路混凝土橋梁的影響

溫度對混凝土橋梁及其構(gòu)件的影響之一是體積的變化，體積與溫度的關(guān)系可以通過混凝土的熱膨脹系數(shù)來描述。當(dāng)混凝土橋梁或構(gòu)件受到約束不能自由移動時，體積的變化就會產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力可以表現(xiàn)為各種形式：拉力、壓力、剪切力等。應(yīng)力的存在會引發(fā)多種病害：開裂、破碎、過度變形等。

混凝土體積會隨溫度的變化而發(fā)生變化，溫度升高時，體積增大；溫度降低時，體積減小。其熱膨脹系數(shù)大約為9×10-6mm/(mm·℃)。溫度變化38℃時，30.5 m的梁的長度變化大約為22 mm。如果梁的兩端受到約束，不能自由變形，就有可能在梁和墩臺連接部位出現(xiàn)裂縫。不均勻的熱荷載對混凝土橋梁的影響還與橋梁結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。如果溫差足夠大，同時梁體底部的抗拉強度不足，就可能在梁底或者墩臺結(jié)合部位出現(xiàn)裂縫,隨著溫度的變化，裂縫不斷地開合，產(chǎn)生“折頁現(xiàn)象”。水泥水化反應(yīng)生成大量的熱,新澆筑混凝土內(nèi)部的溫度逐漸升高，這種溫度升高現(xiàn)象發(fā)生在混凝土剛剛澆筑的幾個小時或幾天齡期內(nèi)，然后逐漸冷卻，最終與周圍環(huán)境溫度達(dá)成一致。如果冷卻發(fā)生在2～3 d齡期內(nèi)，此時混凝土的抗拉強度很低,隨著混凝土冷卻收縮，很容易由于內(nèi)部拉應(yīng)力產(chǎn)生開裂。

3 荷載對公路混凝土橋梁的影響

公路混凝土橋梁是用來承受荷載的，包括自身的重力荷載、作用于其上的車輛人群荷載以及其他一些外力荷載等。然而公路混凝土橋梁的一些病害，如變形、開裂和破碎等與荷載導(dǎo)致的體積變化有關(guān)。鋼筋混凝土橋梁中鋼筋受到拉力作用時會伸長，此時，鋼筋附近混凝土也會受到拉力作用而伸長，當(dāng)拉力超過混凝土抗拉強度時，在鋼筋附近就會出現(xiàn)橫向裂縫（預(yù)應(yīng)力混凝土除外）。

1）底板（梁）與墩的剪切

與墩連接的底板和梁會受到相當(dāng)大的剪切力作用，過大的剪切力會導(dǎo)致底板和梁的開裂。水平運動會造成連接處開裂，以下因素可以導(dǎo)致水平力的凝聚：

①溫度變化而引起的體積變化；

②后張法預(yù)應(yīng)力導(dǎo)致的彈性收縮；

③地震或沉降引起的基礎(chǔ)移動；

④嚴(yán)重的跳車現(xiàn)象，會對梁或板產(chǎn)生水平?jīng)_擊力。

2）懸壁梁

懸臂梁頂部通常受到拉力作用，固定端受到的拉力最大，拉力由放置在梁頂部的鋼筋承載。使用懸臂梁有兩個重要的因素必須注意：①鋼筋必須放置在梁的頂部,否則可能導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題；②懸臂梁頂部受拉出現(xiàn)的裂縫是潮濕氣體和其他腐蝕性物質(zhì)的天然通道，嚴(yán)重的腐蝕可能引起梁的抗拉能力下降，甚至整個構(gòu)件徹底失效。

3）連續(xù)梁

連續(xù)梁可以將負(fù)載傳遞給相鄰的構(gòu)件。對于靜荷載，拉力通常發(fā)生在梁的底部、中心和支撐構(gòu)件的頂部。當(dāng)受到動荷載的影響，連續(xù)梁結(jié)構(gòu)也會改變相鄰構(gòu)件的應(yīng)力分布，引起連續(xù)應(yīng)力變化、反向變形和振動。如果這些反向變形和振動發(fā)生在連接縫處，則可能對臨近結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，還會使已有裂縫變寬、加深，甚至開裂。

4）墩（柱）

墩（柱）是用來承受垂直荷載的，受到壓力作用時會縮短，同時會變粗（水平應(yīng)變），嚴(yán)重時會產(chǎn)生拉力開裂。水平應(yīng)變等于垂直應(yīng)變與波爾森系數(shù)（0.1～0.2）的乘積。其縮短形式有三種：

①彈性縮短：只要有荷載，混凝土就會發(fā)生彈性縮短，縮短量等于應(yīng)力除以彈性模量；

②徐變縮短：隨著時間的延長，混凝土?xí)l(fā)生徐變縮短，徐變縮短與持續(xù)荷載和長期的水分喪失有關(guān)；

③干燥收縮：隨著使用時間的延長，混凝土的水分逐漸喪失，干燥收縮也持續(xù)進(jìn)行。

5）后張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件

現(xiàn)澆混凝土的后張法預(yù)應(yīng)力是產(chǎn)生耐久性好、承載效率高的一個有效方法。過大的壓力可能導(dǎo)致與墩臺連接部位的開裂。另外，隨著時間的延長，混凝土還會發(fā)生收縮徐變，同樣會造成應(yīng)力聚集。大約需要1500 d，混凝土方能達(dá)到最終徐變量。

6）連接件

在橋梁結(jié)構(gòu)中可能是由許多預(yù)制構(gòu)件組成，每個預(yù)制件都與其他預(yù)制件發(fā)生聯(lián)系,相互作用。通常由于拉力或剪力過大，在連接處形成點荷載是非常普遍的。例如，放置在承臺上的T形預(yù)制梁經(jīng)常會引起承臺接觸點出現(xiàn)點荷載，陽光照射的變化或一年四季的變化都會引起點荷載現(xiàn)象。

4 結(jié)語

針對工作環(huán)境對混凝土橋梁的影響分析，提出以下改進(jìn)措施，以改善混凝土橋梁的耐久性狀況：

1）通過改善水泥的種類、骨料尺寸、骨料種類、水泥含量、坍落度、養(yǎng)護(hù)時間、澆筑溫度及骨料狀態(tài)等，可以降低混凝土橋梁構(gòu)件的干縮率。

2）盡量避免不合理的結(jié)構(gòu)形式，如墩梁固結(jié)連續(xù)梁等。不均勻熱荷載（溫度梯度等）會使橋梁內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力聚集，導(dǎo)致橋梁多處出現(xiàn)裂縫。

3）適當(dāng)提高設(shè)計荷載等級,治理超載超限車輛。目前，橋梁的設(shè)計通行能力與實際不符。

[1]李金玉.凍融環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計與施工，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南[M].中國工程院土木水利與建筑學(xué)部工程結(jié)構(gòu)安全性與耐久性研究咨詢項目組,中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[2]吳海軍.砼橋梁耐久性設(shè)計原則與構(gòu)造措施探討[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報,2006(2)：8～10.