影响混凝土桥梁耐久性问题分析与处治措施
摘要：混凝土桥梁开裂是工程中比较常见的病害，文章分析了混凝土桥梁裂缝形成的原因，提出预防桥梁混凝土裂缝的措施。
关键词：桥梁,混凝土,耐久性,裂缝
混凝土结构以其整体性好、耐久性好、可塑性强、维修费用少等优点广泛使用。一些发达国家的混凝土桥使用了三四十年后，纷纷进入老化期。人们始料不及的是混凝土材料在不利的环境、运用条件下，出现了一系列影响结构耐久性的物理、化学现象，如结构混凝土的碳化、保护层剥落、裂缝的 发展 、钢筋锈蚀、渗透冻融破坏、混凝土集料的化学腐蚀等等。混凝土结构的耐久性问题已成为结构工程师们不容忽视的一个问题。
1、裂缝对混凝土桥梁耐久性的危害
人们普遍认为，影响混凝土桥梁耐久性的一些主要原因，按主次顺序，依次为：钢筋的腐蚀、循环性冷冻与融化环境、碱硅反应和硫酸盐侵袭。上述每一项的膨胀开裂的机制中都牵扯到了水。不仅如此，水还是侵蚀性离子进入混凝土内部的主要载体。裂缝及其宽度对混凝土桥梁耐久起着直挂重要的作用，裂缝宽度大, 结构耐久性失效的可能性也大。裂缝宽度达某一值时, 结构的耐久性不能满足要求。同时，钢筋并不能消除或削减混凝土的收缩裂缝，它只是把一些大的裂缝变成细纹和微裂。然而，恰恰是那些肉眼看不见也无法测量的细纹和微裂才构成潜在通道，最终为离子从混凝土表面运动到钢筋建立了必要的通道，从而加速了混凝土桥梁的耐久性损失。
无论对预应力混凝土结构或钢筋混凝土结构来说，裂缝及其宽度对力筋腐蚀都有影响，且宽度不同其影响程度也不同。首先，裂缝加快了腐蚀的发生。在早期，裂缝宽度对力筋腐蚀影响较大，因为力筋去钝化的时间取决于裂缝的宽度，然而腐蚀一旦开始，其影响程度大大降低。这时，腐蚀速度取决于未开裂处混凝土保护层的质量和渗透性，混凝土保护层的质量越好，渗透性越小，氧气及水分的供给量也越少，腐蚀速度越慢，随着碳化进程的深入，毛细孔将逐渐被堵塞，使混凝土渗透性逐步降低，腐蚀速度也随之下降。
2裂缝产生的原因
2.1 0.1～1 mm的裂缝主要起因于包括霜冻作用、湿度梯度在内的温度梯度，结构超荷载，以及一些化学因素，如钢筋腐蚀、碱骨料反应等。早期裂缝一般是由于冷却或干燥引发的收缩应变造成的。当刚刚硬化的混凝土裸露在周围温度湿度中，它不仅会产生热收缩应变还有干燥收缩应变。哪种收缩应变会占主导地位，取决于环境温度和湿度，该混凝土构件的大小，混凝土自身温度，混凝土配料的性能以及混凝土的配比。
硬化混凝土在约束状态下收缩应变会产生弹性拉应力。这种弹性拉应力的第一个近似值可以被认为是弹性模量和应变的结果。当引起的拉应力超过抗拉强度，材料会出现裂缝。可是由于材料共有的粘弹性性能(徐变)，有些应力就释放出来。只有残余应力(应力经过徐变有所释放之后)决定是否会发生裂缝。
2.2 导致混凝土裂缝行为的主要因素有：干燥收缩、徐变、弹性模量，以及抗拉强度。很明显，随着水泥比例的增加，混凝土的伸长率(抗裂性)就要降低，因为干燥收缩都提高了。与此同时，强度的增加有可能增加弹性模量，降低徐变系数，从而对混凝土的伸长率产生负面影响，这也是早强混凝土一般比中度或低强度混凝土更易于裂缝。当然，早强混凝土的结构裂缝是可以通过使用足量的钢筋而得以控制，但是如上文所述，这种作法无助于混凝土耐久性问题。
3裂缝的控制与预防
3.1混凝土原材料的选用
1)采用低水化热的水泥。由于矿物成分及掺加混合材料数量不同，水泥的水化热差异较大。铝酸三钙和硅酸三钙含量高的，水化热较高;混合材料掺量多的水泥水
化热较低。为减小水泥水化热，降低混凝土绝热温升和混凝土内部温度，从而减小内外温差，应选用低水化热的水泥产品。
2)掺粉煤灰。可以用适量粉煤灰取代一部分水泥以削减水化热产生的高温峰值。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱集料反应，减少新拌混凝土的泌水等。
3)骨料的选用。应优先选用热膨胀系数小、含泥量低的骨料，并强调骨料的连续级配，条件许可时，应尽可能使用粒径大的骨料。之所以这样，因为一方面骨料本身的强度就远大于水泥胶体，另一方面，采用连续级配的骨料，可以提高骨料在混凝土中的所占体积，能大幅度降低水泥用量，从而间接地降低水化热。
3.2施工措施
1)浇筑方案。在混凝土施工过程中，为了有效降低混凝土的内外温差，常采用分块浇筑。分块浇筑又可分为分层浇筑法和分段跳仓浇筑法两种。分层浇筑法目前有全面分层法、分段分层法、斜面分层法3种浇注方案。
在时间允许的条件下，可将混凝土结构采用分层多次浇注，施工层之间按施工缝处理，即薄层浇筑技术，它可以使混凝土内部的水化热得以充分地散发，应该注意的是分层浇筑的间歇时间。目前水工混凝土中遵循的原则是薄层短间歇，对施工缝的处理要求十分严格;而在桥梁混凝土施工中，由于体积相对较小，多采用一次性整体浇筑和全面分层多次浇筑。
2)振捣工艺。采用二次振捣技术，即是浇灌后的混凝土，在振动界限以前，给予二次振捣，改善混凝土强度，提高抗裂性，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和孔隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，以减小内部微裂，增加混凝土密实度，从而可使混凝土抗压强度提高10-20%左右。
3.3混凝土养护
刚浇筑的混凝土、强度低、抵抗变形能力小，如遇到不利的温湿度条件，其表面容易发生有害的冷缩和干缩裂缝。保温的目的是减小混凝土表面与内部温差及表面混凝土温度梯度，防止表面裂缝的发生。
混凝土表面压平后，先在混凝土表面洒水，再覆盖一层塑料薄膜，然后在塑料薄膜上覆盖保温材料进行养护，保温材料夜间要覆盖严密，防止混凝土暴露，中午气温较高时可以揭开保温材料适当散热。底层塑料布下预设补水软管，补水软管间距6-8m,沿管长度方向每100mm开5mm水孔，根据底板表面湿润情况向管内注水，养护过程设专人负责。
参考文献：
[1]黄洁，李周波，张松.混凝土结构的耐久性措施[J].腐蚀与防护，2005
[2]黄军生.钢筋混凝土桥梁裂缝成因综述，世界桥梁，2002.