探析公路与桥梁混凝土的施工温度与裂缝防治

张英明 王贺其叶乐图

摘要；混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而在今天，混凝土的裂缝较为普遍。尽管我们在施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍然时有出现。究其原因，我们对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。

关键词：公路桥梁；混凝土；施工温度；裂缝

中图分类号：TV331文献标识码： A

引言

随着交通运输行业的不断发展，公路与桥梁工程项目不断增多。然而,在公路与桥梁工程项目施工中，往往由于混凝土的裂缝使得公路与桥梁的承载能力降低、外形变得不美观，进而影响到公路与桥梁的使用年限。为了将温度裂缝控制在合理的宽度范围内，这就需要对影响温度裂缝宽度的因素进行分析并且把握温度裂缝的机理以及特点。除此之外，还需要进行有效的监测以及分析混凝土内部的温度和应力分布状况，结合以上的分析，在对实际工作中采取针对且有效的防治措施，进而保障工程的质量，有效的增加工程的使用年限。

1、混凝土施工温度与裂缝因素探析

1.温度的应力的形成与影响

在混凝土当中，温度应力的形成需要经历三个过程，分别是早期，从混凝土浇筑完成到放热结束为止，一般需要30d，在此期间，水泥将释放大量水化热，致使混凝土弹性模量发生剧烈变化，进而于内部生成应力；中期，从放热结束到混凝土性质稳定为止，该时期混凝土弹性模量无明显变化，但早期余下应力与受温差变化而产生的应力将相互重叠；晚期，从混凝土完全冷却下来后开始，此阶段出现的温度应力一般是因外界温度变化过大所导致，且会与早期、中期应力共同重叠。温度应力对混凝土造成的影响主要有两个方面：一是约束应力，是由于结构的个别边界或全部边界受到外界因素的抑制，导致其不能任意变形而引发的应力，该种温度应力常与干缩应力相互结合而产生共同作用。施工人员要预测混凝土温度应力，只有全方位掌握施工现场的具体情况、温度以及混凝土配合比等种种信息才可实现。二是自生应力，即结构边界缺乏任何制约力量，使得结构处于不稳固状态，在该种情况下，其内部发生的任何非线性分布都会由于结构自身力量相互制约而形成温度应力。

2.裂缝的发生原因

混凝土发生裂缝主要是由三个因素所引起，一是施工前准备阶段由于未重视混凝土配合比，使得混凝土不仅水灰比稳定性不足，材质不均匀，且还在浇筑期间发生离析现象，进而导致混凝土裂缝的发生；此外，在通常情况下，设计均会要求不出现或只能出现一点拉力，但在个别施工现场，混凝土内部往往存在较大拉应力，甚至超过其外部荷截的应力，而混凝土一旦受到较长时间的拉应力，就不可避免会产生裂缝现象。二是混凝土可受气温影响，若在浇筑与养护期间出现气温温差过大情况，则极易在混凝土表面形成拉应力，增加裂缝发生率；同时，混凝土在浇筑后会持续释放水化热，致内部温度升高，于表面形成拉应力，而在后期降温阶段，则会在内部形成拉应力，可见，若不做好浇筑后的养护工作，同样会加大混凝土裂缝风险。三是没有对混凝土材料质量进行严格要求，不仅材质呈脆性、不均匀性，且整体结构也不合理，这种混凝土极易受内外温度与湿度的影响而产生裂缝。

3.骤然降温

由于混凝土的内部温度变化缓慢，当外部环境温度下降较快时，会产生较大的内外温差，进而造成裂缝的产生，外部环境温度的下降的情况有日落、人工降雨、冷空气侵袭等等，都将产生较大的内外温差，这就需要在计算骤然降温内力时，要参考实际案例。

4.温度应力分析

产生温度裂缝的主要原因是在于温度应力的产生，温度应力的产生分为三个阶段，分别是早期开始浇筑混凝土到水泥放热基本结束、中期水泥放热结束到混凝土冷却到稳定温度以及晚期混凝土完全冷却后的运转时期。其中，早期具有两个特点，即水泥放出大量的热以及混凝土弹性模量发生剧烈的变化，弹性模量的改变导致混凝土内会形成残余应力。而中期的温度应力主要由于混凝土的冷却以及外界环境的变化造成的，再此期间弹性模量的变化不大。晚期的温度应力主要是有外界温度变化所造成的，三个阶段的应力相互叠加从而造成温度裂缝。自生应力以及约束应力是形成温度应力的主要两个方面，自生应力是边界上没有任何约束的结构。因为混凝土内部温度分布是非线性的，导致结构本身相互约束从而产生温度应力。约束应力则是结构的边界受到外界的约束，导致不能自由变形所形成的应力。两种温度应力往往与混凝土干缩引起的应力共同作用造成温度裂缝。而根据温度对混凝土进行温度应力分布的分析以及大小的计算是一项非常复杂的工作，不仅需要模型实验，还需要大量的实践经验，这就需要施工人员以及设计人员具有良好的知识理念以及负责任的态度，来保障工程的质量。

2、公路与桥梁混凝土施工温度与裂缝的防御措施

1、施工前准备阶段

混凝土原材料与配合比优化对策由上可知，混凝土在施工期间发生裂缝的常见因素是由原材料与配合比不合标准所致，因此，在施工前准备阶段应采取以下措施以保证混凝土质量。首先，在选用混凝土配合比材料前应对工程的整体概况有大致了解，能够掌握工程基本的设计要求以及工程对承载力的标准，而后再以这些信息为依据选择适宜的混凝土配合比材料，其中特别要注意的是水泥品种与等级的选择，若水泥等级过低，将会对混凝土的刚性与强度造成影响，进而降低路桥工程质量，而若水泥等级过高，则会由于在混凝土中释放过量水化热而令混凝土产生裂缝。此外，在选用砂石等原材料时也不可掉以轻心，确保工程中的所有材料都达到规定要求。其次，膨胀剂的选择应根据路桥工程的实际情况与混凝土配合比来决定，注意各个品种的膨胀剂可产生的膨胀效果及其掺料，从中选出最适于该工程的配置。最后，相关施工人员在施工前必须对补偿收缩技术有一定程度的了解，以保证该技术在施工期间中得到正确合理的运用。

2.施工阶段温度控制对策

温度控制不善是导致混凝土发生裂缝的重要原因，为了避免施工阶段形成温度裂缝，需要实行下述措施。首先，在气候炎热的条件下实行路桥工程混凝土浇筑作业时，应严格控制浇筑厚度，以不超过50cm厚度为宜，以确保混凝土热度能在短时间内经由表面散去，同时，在浇筑第二层时必须注意浇筑速度，尽可能保证在第一段混凝土初凝前完成浇筑。其次，参考路桥工程混凝土浇筑面积，取一定数目测温管分别置入混凝土上、中、下等3个部位，并规定混凝土内外温度检测时间，通常情况下，1～4d时，每2h检测一次，5～7d时，每4h检测一次，8～15d时，每24h检测一次，在对温度做好观察记录的同时，要将路桥混凝土内外温差控制在25℃以内，如温度呈上升趋势，则需及时采取调整养护措施来达到降低温差的目的。其三，混凝土拆模不可任意实施，否则混凝土将因温度骤变而受刺激，于表面形成拉应力，为此，应根据施工现场情况明确科学的拆模时间。其四，优化保温养护措施，浇筑完成后，取塑料薄膜先覆盖一层，而后取厚度8～10cm左右、以锯末填充的麻袋进行中层覆盖，最后取岩棉覆盖1～2层，每层厚度10cm。其五，在炎热气候下，为防止路桥工程混凝土内部水分因蒸发过快而产生裂缝，应对长时间暴露于日光下的混凝土实行洒水养护措施。此上述操作外，还可通过使用干硬性混凝土掺混合料[5]，添加塑化剂或引气剂，减少水泥比例，或是在进行混凝土搅拌工作时适当加水冷却碎石以降低浇筑温度来减少裂缝风险，从而最大程度保证路桥工程施工阶段混凝土质量。

3.混凝土的养护

许多的实际案例告诉我们，由于温度梯度造成混凝土表面有着不同深度的裂缝，尤其是在寒冷地区的温度骤降十分容易造成裂缝，为此混凝土的养护工作的好坏，对于工程使用年限有着重大意义。混凝土的早期养护，主要目的是为了保持适宜的温湿条件，这样做有两方面的考虑，其一是保障混凝土不受外界环境的骤变而损坏变形，其次则是使水泥水化作用能够顺利进行，理论上来说新浇筑的混凝土中的水分能过满足水泥水化的要求，但是由于蒸发等因素，使得水分不足，造成水泥水化的缓慢，为此需要注意的是混凝土浇筑后的几天是养护的关键时期。由于混凝土硬化期间其内部将释放大量热量致温度升高，为此，可通过预先在其结构内部布置冷却管路，于浇筑完成后立刻开启水流来达到降温目的。通常情况下，进水温度为10℃以下时，水流时速应为1500L/h，如进水温度偏高，则水流时速也应适当调快；同时，还应合理设置冷却水出口，确保冷却管排水不会对施工部位产生不良影响，另外，为提高水利用率，在混凝土全部完成初凝后可根据情况对混凝土实施蓄水保温养护措施。养护结束后，由于冷却管为中空，若不采取任何措施将会对混凝土整体结构的强度造成影响，为此，可实施真空压浆或注浆措施将空管填满，从而使混凝土性能得到保证。

3、结语

以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨，虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论担对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。