基于南方湿度变化的混凝土桥梁结构耐久性提升技术

陈敬轩

中铁十八局集团第五工程有限公司，浙江 杭州 310000

该工程在开始施工前按照《城市桥梁设计规范》（CJJ 11—2011）确定施工荷载标准：人群荷载为5.0kN/m2。经过实地勘查，该次需要复建桥梁6座，分别为1号渠桥、12号渠桥、12号大街北侧桥、5号大街二号桥、21号路上跨12号渠桥和21号路东侧桥。桥梁工程施工区域主要位于11～15号路区段，该区段涉及河道改移、旧桥拆除、新建桥梁、隧道结构、管廊结构等工序，同时需考虑施工期间交通不断行、管线迁改等因素。该区段施工总步骤如下：新建桥梁→河道改移→拆除旧桥→原河道清障回填（需钢板桩围堰）→围护结构→U型槽结构。根据上述施工步骤，此处将新建1座两跨简支结构的桥梁，桥梁横向分3段（3个基坑），先施工南北侧两个基坑范围桥梁，再施工中间基坑，管廊位于河道下方。1号、3号基坑范围内项目需在一期围挡内施工。

混凝土结构耐久性受混凝土材料状况（包括水泥、保护层厚度骨料、外加剂）和外部环境（包括温度、湿度、冻融作用、碳化作用、施工方案）等共同影响。例如，混凝土施工阶段经常产生裂缝，其主要原因除了材料自身状况造成的裂缝，还受到温度和湿度等外部环境的影响，因此为了保证桥梁工程的安全性，必须予以重视和控制。此次研究将南方湿度变化作为考虑条件，加入混凝土桥梁结构耐久性提升技术研究中，致力于大幅度提升混凝土桥梁结构耐久性。

1 混凝土桥梁工程水文地质

在考虑南方湿度变化的前提下，混凝土桥梁工程水文地质必然会发生变化。该混凝土桥梁工程隶属亚热带季风气候区，由于南方湿度变化幅度较大，降水量主要集中在春雨、梅雨和秋雨期，在雨期平均相对湿度均在80%以上，而在非雨期平均相对湿度均在30%左右。南方湿度变化明显，必然会导致地表水及地表水与地下水的水力联系发生变化，进而影响混凝土桥梁结构耐久性[1]。针对地表水方面，拟建工程穿越多条河流，河水位、流量受季节和大气降水的影响较大。拟建场地上部土层为透水性较好的粉土粉砂层，故地表水与地下水水力联系密切，围护结构施工时应加强施工质量管理，防止围护结构渗漏情况的发生[2]。针对地表水与地下水的水力联系，拟建工程沿线穿越1号渠、11号渠多条河流，并于12号渠平行敷设，故地表河水、钱塘江江水与地下潜水水力联系密切，施工时需考虑富水粉土、砂层的不利影响。

2 混凝土桥梁结构耐久性提升技术

要在明确南方湿度变化和混凝土桥梁工程水文地质基础的前提下，研究混凝土桥梁结构耐久性提升技术。该混凝土桥梁结构施工方式为结构侧墙混凝土严格按照防水混凝土施工工艺要求施工。质量保证措施如下：混凝土采用分层浇筑、分层振捣，每层厚度不得超过300～400mm，相邻两层浇筑时间间隔不得超过2h，混凝土的自落高度不得超过2m，超过时采用串筒或滑槽。同时，混凝土浇筑必须保持连续，施工要留设施工缝，需征得设计同意，并得到监理认可。除此以外，在施工中还要对防水混凝土采取相应的控制措施，采用“双掺技术”，加入适量优质粉煤灰及聚羧酸防水外加剂；采取有效降低混凝土入模温度的措施，严格将入模温度控制在28℃以下。入模温度以温差控制，混凝土的表面温度与大气温度的差值不大于20℃。混凝土的表面温度与中心温度的差值不得大于25℃。混凝土降温速率低于3℃/d；严格按照施工规范施工，做好混凝土的浇筑、捣固和养护，养生时间不小于14d，铺设塑料模或喷涂有机树脂等养护剂防晒和遮水；模板采用钢模，保证拼缝严密不漏浆[3]。这样可以为混凝土桥梁结构耐久性提升技术的实施提供先决条件，在考虑南方湿度变化的情况下，提升混凝土桥梁结构耐久性的具体内容如下文所示。

2.1 计算混凝土桥梁结构耐久性能扩散系数

文章根据Fick第二定律关系[4]，计算混凝土桥梁结构耐久性能扩散系数。设其目标函数为，计算公式如下：

式中：t0为混凝土桥梁结构养护时间；t为混凝土桥梁结构暴露在大气中的时间；η为耐久性能效应值；f(σ)为对混凝土桥梁结构耐久性能造成影响的应力系数；D0为离子参数系数；ωe为南方湿度变化对混凝土桥梁结构耐久性能产生的活化能；R为大气中气体与离子常数。

根据上述公式，可得出混凝土桥梁结构耐久性能扩散系数，以判断不同混凝土桥梁结构的实际扩散速度，为采用有针对性的提升技术提供动态试验结果。

2.2 采用CFRP加固混凝土

在得出混凝土桥梁结构耐久性能扩散系数后，文章采用CFRP加固混凝土的方式，提升混凝土桥梁结构耐久性。南方的湿度变化不同，采用CFRP加固混凝土的具体参数也必然不同，从而有针对性地提升混凝土桥梁结构耐久性能[5-6]。考虑南方湿度变化，以2000g水泥与160g碳纤维增强基纤维为定量，采用CFRP加固混凝土，具体参数如表1所示。

表1 采用CFRP加固混凝土具体参数表

结合表1中的具体参数，考虑南方湿度变化，采用CFRP加固混凝土具体参数，并以此为依据，通过采用加固混凝土桥梁结构的方式，实现对混凝土桥梁结构耐久性的提升。

3 实例分析

3.1 试验准备

为构建实例分析，试验对象选取某混凝土桥梁，并具体设计整体式桥梁横断面形式、允许误差、检查方法和频率及权值等参数。混凝土桥梁各参数如表2所示。

表2 混凝土桥梁参数

结合表2，文章设定对比指标为混凝土桥梁结构基底承载力，混凝土桥梁结构基底承载力越高，证明其耐久性提升效果越好。首先通过MATLAB软件测得其混凝土桥梁结构基底承载力，设为试验组；再使用传统技术提升混凝土桥梁结构耐久性，通过MATLAB软件测得其混凝土桥梁结构基底承载力，设为对照组，记录试验结果。

3.2 试验结果分析与结论

整理试验数据对比结果，如表3所示。

表3 两种施工技术混凝土桥梁结构基底承载力对比

由表3可知，文章设计的混凝土桥梁结构基底承载力明显高于对照组，其耐久性提升效果更好，具有实际应用价值。

4 结束语

文章通过实例分析的方式，证明了基于南方湿度变化的混凝土桥梁结构耐久性提升技术在实际应用中的适用性，其能够弥补传统混凝土桥梁结构耐久性不足的缺陷。但文章研究存在不足之处，主要表现为未对此次试验测定结果的精密度与准确度进行检验，未能进一步提高试验结果的可信度。未来还需要对混凝土桥梁结构的优化设计进行深入研究，以为提高混凝土桥梁结构质量提供有价值的建议。