探析公路與橋梁混凝土的施工溫度與裂縫防治

張英明 王賀其葉樂圖

摘要；混凝土在現代工程建設中占有重要地位。而在今天，混凝土的裂縫較為普遍。盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹慎，但裂縫仍然時有出現。究其原因，我們對混凝土溫度應力的變化注意不夠是其中之一。在大體積混凝土中，溫度應力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出現溫度裂縫，影響到結構的整體性和耐久性。其次，在運轉過程中，溫度變化對結構的應力狀態具有顯著的不容忽視的影響。

關鍵詞：公路橋梁；混凝土；施工溫度；裂縫

中圖分類號：TV331文獻標識碼： A

引言

隨著交通運輸行業的不斷發展，公路與橋梁工程項目不斷增多。然而,在公路與橋梁工程項目施工中，往往由于混凝土的裂縫使得公路與橋梁的承載能力降低、外形變得不美觀，進而影響到公路與橋梁的使用年限。為了將溫度裂縫控制在合理的寬度范圍內，這就需要對影響溫度裂縫寬度的因素進行分析并且把握溫度裂縫的機理以及特點。除此之外，還需要進行有效的監測以及分析混凝土內部的溫度和應力分布狀況，結合以上的分析，在對實際工作中采取針對且有效的防治措施，進而保障工程的質量，有效的增加工程的使用年限。

1、混凝土施工溫度與裂縫因素探析

1.溫度的應力的形成與影響

在混凝土當中，溫度應力的形成需要經歷三個過程，分別是早期，從混凝土澆筑完成到放熱結束為止，一般需要30d，在此期間，水泥將釋放大量水化熱，致使混凝土彈性模量發生劇烈變化，進而于內部生成應力；中期，從放熱結束到混凝土性質穩定為止，該時期混凝土彈性模量無明顯變化，但早期余下應力與受溫差變化而產生的應力將相互重疊；晚期，從混凝土完全冷卻下來后開始，此階段出現的溫度應力一般是因外界溫度變化過大所導致，且會與早期、中期應力共同重疊。溫度應力對混凝土造成的影響主要有兩個方面：一是約束應力，是由于結構的個別邊界或全部邊界受到外界因素的抑制，導致其不能任意變形而引發的應力，該種溫度應力常與干縮應力相互結合而產生共同作用。施工人員要預測混凝土溫度應力，只有全方位掌握施工現場的具體情況、溫度以及混凝土配合比等種種信息才可實現。二是自生應力，即結構邊界缺乏任何制約力量，使得結構處于不穩固狀態，在該種情況下，其內部發生的任何非線性分布都會由于結構自身力量相互制約而形成溫度應力。

2.裂縫的發生原因

混凝土發生裂縫主要是由三個因素所引起，一是施工前準備階段由于未重視混凝土配合比，使得混凝土不僅水灰比穩定性不足，材質不均勻，且還在澆筑期間發生離析現象，進而導致混凝土裂縫的發生；此外，在通常情況下，設計均會要求不出現或只能出現一點拉力，但在個別施工現場，混凝土內部往往存在較大拉應力，甚至超過其外部荷截的應力，而混凝土一旦受到較長時間的拉應力，就不可避免會產生裂縫現象。二是混凝土可受氣溫影響，若在澆筑與養護期間出現氣溫溫差過大情況，則極易在混凝土表面形成拉應力，增加裂縫發生率；同時，混凝土在澆筑后會持續釋放水化熱，致內部溫度升高，于表面形成拉應力，而在后期降溫階段，則會在內部形成拉應力，可見，若不做好澆筑后的養護工作，同樣會加大混凝土裂縫風險。三是沒有對混凝土材料質量進行嚴格要求，不僅材質呈脆性、不均勻性，且整體結構也不合理，這種混凝土極易受內外溫度與濕度的影響而產生裂縫。

3.驟然降溫

由于混凝土的內部溫度變化緩慢，當外部環境溫度下降較快時，會產生較大的內外溫差，進而造成裂縫的產生，外部環境溫度的下降的情況有日落、人工降雨、冷空氣侵襲等等，都將產生較大的內外溫差，這就需要在計算驟然降溫內力時，要參考實際案例。

4.溫度應力分析

產生溫度裂縫的主要原因是在于溫度應力的產生，溫度應力的產生分為三個階段，分別是早期開始澆筑混凝土到水泥放熱基本結束、中期水泥放熱結束到混凝土冷卻到穩定溫度以及晚期混凝土完全冷卻后的運轉時期。其中，早期具有兩個特點，即水泥放出大量的熱以及混凝土彈性模量發生劇烈的變化，彈性模量的改變導致混凝土內會形成殘余應力。而中期的溫度應力主要由于混凝土的冷卻以及外界環境的變化造成的，再此期間彈性模量的變化不大。晚期的溫度應力主要是有外界溫度變化所造成的，三個階段的應力相互疊加從而造成溫度裂縫。自生應力以及約束應力是形成溫度應力的主要兩個方面，自生應力是邊界上沒有任何約束的結構。因為混凝土內部溫度分布是非線性的，導致結構本身相互約束從而產生溫度應力。約束應力則是結構的邊界受到外界的約束，導致不能自由變形所形成的應力。兩種溫度應力往往與混凝土干縮引起的應力共同作用造成溫度裂縫。而根據溫度對混凝土進行溫度應力分布的分析以及大小的計算是一項非常復雜的工作，不僅需要模型實驗，還需要大量的實踐經驗，這就需要施工人員以及設計人員具有良好的知識理念以及負責任的態度，來保障工程的質量。

2、公路與橋梁混凝土施工溫度與裂縫的防御措施

1、施工前準備階段

混凝土原材料與配合比優化對策由上可知，混凝土在施工期間發生裂縫的常見因素是由原材料與配合比不合標準所致，因此，在施工前準備階段應采取以下措施以保證混凝土質量。首先，在選用混凝土配合比材料前應對工程的整體概況有大致了解，能夠掌握工程基本的設計要求以及工程對承載力的標準，而后再以這些信息為依據選擇適宜的混凝土配合比材料，其中特別要注意的是水泥品種與等級的選擇，若水泥等級過低，將會對混凝土的剛性與強度造成影響，進而降低路橋工程質量，而若水泥等級過高，則會由于在混凝土中釋放過量水化熱而令混凝土產生裂縫。此外，在選用砂石等原材料時也不可掉以輕心，確保工程中的所有材料都達到規定要求。其次，膨脹劑的選擇應根據路橋工程的實際情況與混凝土配合比來決定，注意各個品種的膨脹劑可產生的膨脹效果及其摻料，從中選出最適于該工程的配置。最后，相關施工人員在施工前必須對補償收縮技術有一定程度的了解，以保證該技術在施工期間中得到正確合理的運用。

2.施工階段溫度控制對策

溫度控制不善是導致混凝土發生裂縫的重要原因，為了避免施工階段形成溫度裂縫，需要實行下述措施。首先，在氣候炎熱的條件下實行路橋工程混凝土澆筑作業時，應嚴格控制澆筑厚度，以不超過50cm厚度為宜，以確?；炷翢岫饶茉诙虝r間內經由表面散去，同時，在澆筑第二層時必須注意澆筑速度，盡可能保證在第一段混凝土初凝前完成澆筑。其次，參考路橋工程混凝土澆筑面積，取一定數目測溫管分別置入混凝土上、中、下等3個部位，并規定混凝土內外溫度檢測時間，通常情況下，1～4d時，每2h檢測一次，5～7d時，每4h檢測一次，8～15d時，每24h檢測一次，在對溫度做好觀察記錄的同時，要將路橋混凝土內外溫差控制在25℃以內，如溫度呈上升趨勢，則需及時采取調整養護措施來達到降低溫差的目的。其三，混凝土拆模不可任意實施，否則混凝土將因溫度驟變而受刺激，于表面形成拉應力，為此，應根據施工現場情況明確科學的拆模時間。其四，優化保溫養護措施，澆筑完成后，取塑料薄膜先覆蓋一層，而后取厚度8～10cm左右、以鋸末填充的麻袋進行中層覆蓋，最后取巖棉覆蓋1～2層，每層厚度10cm。其五，在炎熱氣候下，為防止路橋工程混凝土內部水分因蒸發過快而產生裂縫，應對長時間暴露于日光下的混凝土實行灑水養護措施。此上述操作外，還可通過使用干硬性混凝土摻混合料[5]，添加塑化劑或引氣劑，減少水泥比例，或是在進行混凝土攪拌工作時適當加水冷卻碎石以降低澆筑溫度來減少裂縫風險，從而最大程度保證路橋工程施工階段混凝土質量。

3.混凝土的養護

許多的實際案例告訴我們，由于溫度梯度造成混凝土表面有著不同深度的裂縫，尤其是在寒冷地區的溫度驟降十分容易造成裂縫，為此混凝土的養護工作的好壞，對于工程使用年限有著重大意義?；炷恋脑缙陴B護，主要目的是為了保持適宜的溫濕條件，這樣做有兩方面的考慮，其一是保障混凝土不受外界環境的驟變而損壞變形，其次則是使水泥水化作用能夠順利進行，理論上來說新澆筑的混凝土中的水分能過滿足水泥水化的要求，但是由于蒸發等因素，使得水分不足，造成水泥水化的緩慢，為此需要注意的是混凝土澆筑后的幾天是養護的關鍵時期。由于混凝土硬化期間其內部將釋放大量熱量致溫度升高，為此，可通過預先在其結構內部布置冷卻管路，于澆筑完成后立刻開啟水流來達到降溫目的。通常情況下，進水溫度為10℃以下時，水流時速應為1500L/h，如進水溫度偏高，則水流時速也應適當調快；同時，還應合理設置冷卻水出口，確保冷卻管排水不會對施工部位產生不良影響，另外，為提高水利用率，在混凝土全部完成初凝后可根據情況對混凝土實施蓄水保溫養護措施。養護結束后，由于冷卻管為中空，若不采取任何措施將會對混凝土整體結構的強度造成影響，為此，可實施真空壓漿或注漿措施將空管填滿，從而使混凝土性能得到保證。

3、結語

以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關系進行了理論和實踐上的初步探討，雖然學術界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論擔對于具體的預防和改善措施意見還是比較統一，同時在實踐中的應用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現問題后多分析、多總結，結合多種預防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。