混凝土桥梁工程裂缝及防水系统研究

2020-11-21李楠

河南建材 2020年10期

关键词：防水层桥面水化

李楠

国家建筑装修材料质量监督检验中心（450000）

0 前言

1 混凝土桥梁工程裂缝成因以及预防措施

1.1 混凝土桥梁工程裂缝成因

1.1.1 桥梁内部水泥水化热反应

在混凝土桥梁施工的过程中，混凝土凝结时，水泥会发生水化热反应，在此过程中会释放大量的热能。在外界环境温度较低的情况下，由于混凝土内部大量热能的聚集，与外界温度形成一定温差，而混凝土浇筑而成的石状结构的断面较厚，物体的表面系数以及导热能力较低，导致混凝土内外温差急剧变化，产生较大的温度应力。由此形成的应力又受到外部混凝土的约束，混凝土表面受到一定拉力，当内部的温度应力超过外部混凝土的约束力时，混凝土表面就会出现裂缝。

1.1.2 外部温度变化

混凝土表面的温度受内部因素影响。由于混凝土材料的物理特性，其温度变化的速率较为缓慢，一旦浇筑混凝土的表层和外界的温度之间存在较大差异，混凝土热传导的速率就会急速变化，导致混凝土内部和外部呈现出一定的温度差异，诱发混凝土发生裂缝。经过室内恒温环境、绝热环境与室外环境对比试验得出，温度对于混凝土应力的影响十分显著。室外环境下，外界温度变化的幅度较大而且十分频繁，所以极易引起混凝土开裂问题。值得注意的是，外界温度降低越快，混凝土就越容易发生开裂。

1.1.3 外部约束作用

在混凝土发生水化反应的最后阶段，混凝土会从内部到外部逐渐开始导出热量，混凝土中的水分逐渐开始蒸发消失，使混凝土逐渐收缩，体积变小，密度变大。而正在收缩的混凝土受到外部的约束作用，如原浇筑基础的嵌固或者摩擦等，外部较大的拉力与内部的收缩力互相抗衡，产生局部应力，而混凝土材料本身的抗拉强度有限，就会导致混凝土体出现裂缝。

1.1.4 混凝土收缩变形

在完成混凝土的浇筑之后，如果不对混凝土采取一定的养护措施，混凝土长时间暴露在外，在风吹日晒的作用下，混凝土内部的毛细管会逐渐失去水分，混凝土就会因此逐渐收缩，混凝土的收缩必然会引发裂缝问题。混凝土含水量的下降也会使得硬化效果不佳，此时的混凝土强度较弱，抗裂性能有限，所以容易出现裂缝。为了提高桥梁的使用寿命以及相关性能，目前很多跨度较大的桥梁建设项目工程中都使用高强度混凝土，高强度混凝土失水收缩更为明显，所以需要更加注意由此引发的桥梁裂缝问题[1]。

数学知识只有通过实践，才能发挥它的实际作用。在生活中，主动运用所学知识解决生活中所遇到的问题。除了在生活中的应用，学生也应该积极加入团队，在团队中培育自身的创新思维和创新能力。教师应注重团队的作用，将学生分为几个组。在小组中，学生能合作，互相取长补短。在这种思维的矛盾冲突中，学生能够碰撞出思维的火花。思想不断交流与信息不断更新，使得创新思维与创新能力能在这种情况下不断提高。教师应该注重引导学生，给学生创造团队合作的良好条件，并在其中起引导作用，给予一些建议。教师也应该指导学生进行团队协作，让学生明确合作的前提、要求以及最后所要达到的目的，让学生在开展活动时，思维更加清晰。

1.2 混凝土桥梁工程裂缝预防措施

1.2.1 设计准备阶段

在设计混凝土桥梁及准备建筑材料时就需要考虑混凝土的特点。一方面，在混凝土中加设保护层防裂网，并在混凝土结构内部通过钢筋结构增加其抗拉及抗裂的能力。另一方面，可以从温度入手，尽量降低混凝土内外温差梯度，以降低水化反应释放的热能。如选择合适的胶凝材料及掺和料从源头上降低温度。还可以引入活性材料，如粉煤灰。该材料不仅能够减少泌水，而且水化反应所释放出来的热能是一般水泥的5%～35%，极大地降低了放热，能够有效降低混凝土内部的升温速率。也可以通过使用一些添加剂，直接改善混凝土的物理性能。如可以添加适量的膨胀剂，产生大量热能的时候，混凝土会在膨胀剂的作用下发生膨胀，二者同步发生，能够使混凝土适应温度应力，进而提高其抗拉能力。

1.2.2 施工阶段

在混凝土桥梁施工中，采用科学施工方法能够预防混凝土发生裂缝。在浇筑施工之前，要对混凝土进行保养及做好保湿工作，确保其充分吸水，最大程度地预防混凝土因失水收缩引起的开裂问题。在桥梁工程结构允许的情况下，可以在混凝土浇筑体的底部涂上一层沥青，再铺设一层油毡，以降低混凝土与基础部位之间的摩擦力，减小嵌固作用，从而降低外部约束力。

在施工的过程中，最好能够在温度较为稳定的时间段进行施工，采用分层浇筑的方式也能够有效避免由于水化热反应的缘故导致混凝土温度过高的情况。在温度较高的时段，要对浇筑模板采取一定的防晒及喷水降温措施。如通过预埋冷却水管的方式实现对混凝土内部温度的控制。

1.2.3 养护阶段

在混凝土的浇筑施工完成之后，应对混凝土进行养护。温度较高时，需要通过喷水淋湿的方式进行养护；在温度较低的情况下，需要设置防风棉被。在养护的过程中切忌干湿交替，混凝土的反复收缩会引发裂缝。此外，避免刚浇筑完的混凝土持续暴露在阳光之下，防止水分过度蒸发而加速混凝土收缩。在混凝土养护环节，需要根据具体的情况对混凝土的湿度和温度进行控制，为避免前功尽弃，一定要做好养护工作[2]。

2 混凝土桥梁工程防水系统

2.1 影响防水质量的因素

混凝土桥梁进水之后，内部的钢筋结构会遭到腐蚀，而且也会影响到混凝土的性能，一旦温度过高，桥梁失水，就会导致混凝土结构收缩，降低混凝土桥梁的耐久性，缩短其使用寿命，所以对混凝土桥梁采取一定的防水措施是十分必要的。

影响混凝土桥梁防水系统质量的因素主要有以下几个方面。

1）防水基面。如果防水基面不平整干净，或者过度干燥，都会导致桥梁表面防水层脱落，使防水层无法发挥其作用。

2）动荷载影响。在沥青混凝土铺设的过程中，防水层需要承受碾压及穿刺作用，需要反复对桥面进行碾压测试，确保防水层能够承受车辆荷载。

3）材料性能。在防水层施工的过程中，需要合理选择防水材料。其应具有良好的抗老化能力，减少因外部环境影响降低防水能力，确保防水层的使用期限和防水质量。

4）温度把控。在铺设桥面的时候，需要合理控制沥青混凝土的温度，防止因为温度过高导致防水层性能发生改变，影响防水效果。

2.2 桥面防水系统

混凝土桥梁的桥面防水系统多种多样，如预制卷材体系、树脂薄膜体系等。一般情况下，桥梁的防水系统包括防水和排水两个部分。排水即通过桥面的横纵坡及排水沟等实现桥面排水。相比之下，防水系统就较为复杂。一方面混凝土材料本身具备一定的防水性能，所以在桥梁设计时，会将与水接触的结构部分设计为防水混凝土，防水混凝土的结构较为密实，且具有一定的防腐性能，防水混凝土自身的防水性能对于混凝土膨胀开裂能够起到一定的控制作用，一般通过在混凝土中添加超细粉或者粉煤灰等材料实现混凝土防水性能的提升。另一方面，在混凝土桥梁工程中，可以通过在桥面涂刷防水层实现桥梁防水。桥梁防水层材料的选择不仅要求其具备超强的防水能力，而且要与桥面的沥青混凝土能够良好的附着在一起。桥面防水涂层是桥梁防水系统中十分重要的组成部分。