关于温度对水泥混凝土路面质量影响

何　蕾

摘要:本文作者首先从水泥混凝土本身的性质着手,结合施工经验,分析了水泥混凝土路面质量与温度的各种关系,并提出了减少温度对路面质量负面影响的方法。

关键词:减少温度 水泥 混凝土路面 质量

水泥混凝土面层是一定厚度的水泥混凝土板,具有热胀冷缩的性质,由于一年四季及昼夜温差的变化以及水泥混凝土内部的水化反应,均会使混凝土上面层产生温度应力,若此应力超过容许范围,面层即产生了裂缝或被挤碎,影响路面质量。

由于水泥混凝土路面属素混凝土,一般不设钢筋(仅设连接筋),因此,无论温度应力还是压应力均须由混凝土自身承担,而混凝土的抗拉强度仅是抗压强度的1/10左右,脆性较大,因此,在一般设计中,均要求不出现或仅出现较小的拉应力。但在施工中,混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度,往往在水泥混凝土内部引起相当大的拉应力,甚至会超过其他外部荷载所引起的应力,现讨论内、外部因素造成的温度应力对路面质量的影响,提出相应的应对措施,进行合理的结构设计和施工,以保证路面质量。

一、温度应力产生的原因之一:内部水化反应

(一)产生原因

混凝土硬化期间,水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力,后期在降温过程中,由于受到基层或者相邻混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝,许多混凝土的内部温度变化很小或变化很慢,但表面温度可能变化很大或发生剧烈变化。表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。

混凝土中的水泥在水化过程中,一直在放出热量,其释热率随时间而发生变化:

第一释热峰在水泥加水后立即发生的急剧放热反应;

第二释热峰在凝结期,即水泥浆失去塑性开始凝结的时间;

第三释热峰在终凝以后的硬化期。了解混凝土内部的释热反应,有利于我们把握时机,采取适当的措施,缓解水化反应对路面质量的负面影响,进行合理的结构设计,减少裂缝的产生。

由于内部水化反应引起的应力可分为自生应力和约束应力,自生应力即混凝土内部温度的非线性变化而产生的结构本身互相约束出现温度应力,譬如,混凝土冷却时表面温度相对降速较快,温度较低,而内部降速较慢,温度较高,在表面产生拉应力,在内部出现压应力。

约束应力是指由于混凝土面板底面受基层摩阻力和粘结力的约束,或侧面受到模板、旧混凝土的约束不能自由变形而引起的应力。

(二)应对措施

根据内部水化反应引起的应力不同,即自生应力与约束应力,可以从两方面釆取措施进行克服:控制温度,改善约束条件。

1.控制温度。(1)采用发热量和收缩性小的水泥。(2)夏季施工可以采用外加剂,如缓凝剂、保塑剂等。(3)高温时,对拌合物原料采取以下措施;对砂石料堆加遮阴蓬;抽取地下水进行拌合;使用长时间在太阳下暴晒的干燥集料时,应充分洒水润湿。(4)随时测量气温和水泥、砂石料、拌合水及路面温度,必要时加测混凝土水化热,以便有针对性的采取措施控制施工质量。

2.改善约束条件。(1)基层顶面在摊铺前要充分洒水润湿。(2)可通过在基层顶面加铺塑料薄膜的方法达到减弱混凝土底面与基层顶面摩擦力的目的。(3)合理的进行分缝分块。(4)避免基层有过大起伏。(5)合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露。(6)合理掌握拆模时间,拆模后及时对侧面进行覆盖。

二、温度应力产生的原因之二:外部温度变化

(一)产生原因

一年四季和白天黑夜,气温冷热的变化,使混凝土板产生膨胀和收缩。白天温度升高,面板顶面较底面温度高,这种温度坡差会造成面板中部突起。夜间气温降低,面板顶面较底面温度低,致使面板的周围和角偶翘起,这些变形会受到面板和基层间的摩阻力和粘结力以及面板自重的约束,致使面板内产生过大应力,造成面板断裂或拱胀破坏。

这些外部因素主要表现为:季节的温度变化;昼夜温差的变化;阳光直射引起表面温度升高;风力引起表面水分蒸发加快。

(二)处理措施

以上这些原因均会引起混凝土面板表面与内部发生不同步变形而产生温度应力,针对以上这种温度应力,在实际施工过程中,应采取以下措施以避免产生裂缝:

1.混凝土表面修整过程中,要避免日光直射,防止混凝土温度上升过快或表面快速干燥引起表面塑性收缩开裂。

2.在刮风天气施工时,要加快施工速度,加强养生措施,加盖塑料薄膜或湿草袋,当风力达到6级以上时必须停止施工。必要时要用风速计在现场测量风速并观测刮风引起的自然现象,确定风级,以相应地采取措施。

3.混凝土施工浇筑时,一般宜在30℃以下进行,夏季气温高于30℃时,宜避开中午时间,选择早晨、傍晚或夜间施工,运输车加遮盖,要保证无论在什么情况和条件下,混凝土拌合物的温度不得超过35℃,并随时监测气温、水泥、拌合水、拌合物以及路面混凝土温度。施工现场气温高于40℃或拌合物摊铺温度高于35℃,必须停工。

4.高温季节的养生要确保混凝土表面得到全面覆盖,并且保持足够的湿度。

5.冬季当最低温度为-3℃时应采取路面覆盖保温措施施工,拌合机出料不得低于l0℃,摊铺温度不得低于5℃,在混凝土养生期间,应保持混凝土上面板的温度在5～10℃之间。

6.视混凝土强度增长情况适时进行切缝,高温季节施工,特别是在夜间降温幅度较大或降雨时,应适当提早切缝,以防止断板。

(作者单位:河北省磁县交通局公路管理站)