桥梁混凝土施工温度与裂缝因素研究

刘尚俊

(广西北部湾投资集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

桥梁工程建设过程中，混凝土是主要的构件，在桥梁施工中起着主导作用。尽管工程建筑水平在不断提升，混凝土施工技术及混凝土的裂缝控制水平也有了极大的提升，但是混凝土裂缝问题在桥梁施工中仍然非常普遍。通过对桥梁工程混凝土施工的研究发现，混凝土温度应力的变化是导致裂缝出现的最主要因素，做好混凝土温度应力的控制工作至关重要。

1 桥梁工程中混凝土施工裂缝出现的原因

混凝土施工中，导致裂缝出现的原因多种多样，其中温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性、结构不合理等是主要因素。

1.1 水化热的因素

通常情况下，混凝土在硬化的过程中，水泥容易释放出大量的水化热，这些水化热的产生逐渐使得混凝土内部的温度上升，引发混凝土表面的拉应力。水泥在释放出水化热之后，既然有升温的过程，就必然会有降温的过程。在后期降温时，会受到基础以及旧混凝土的约束，又会在混凝土内部形成拉应力[1]。值得注意的是，水泥水化热导致的升温与许多因素有关，如单位体积的水泥种类、水泥用量、混凝土结构的截面尺寸等。

1.2 气温变化因素

混凝土在进行浇筑施工的时候，施工环境中的温度变化也是裂缝产生的重要影响因素。混凝土浇筑的温度受到环境温度的影响，会发生相应程度的变化，当环境温度下降的幅度过大时，混凝土内外层的温差逐渐加大，温度预应力随之产生，进而导致裂缝出现。如果混凝土浇筑在高温环境下进行，混凝土的散热将会受到严重的影响，这样一来就容易使得混凝土内部的温度急剧上升，导致其长时间保持在高温状态。

1.3 收缩变形因素

混凝土发生水化热作用之后，体积会发生一定的变化，也就是混凝土出现变形。纵观各大桥梁混凝土施工的实际情况，变形主要以收缩变形为主，极少会出现膨胀变形的情况。对于混凝土的收缩变形，涉及到的原因比较复杂，最主要的原因是混凝土内部空隙水蒸发现象导致产生毛细管引力。混凝土收缩变形进行水饱和操作之后可以实现恢复，理想情况下能够恢复到之前的体积，但是干湿情况的变化会影响到混凝土的质量控制[2]。

2 混凝土结构中的温度应力分析

通过对桥梁工程建设中混凝土施工的分析，发现混凝土温度应力的形成过程可以分为三个阶段，分别是早期阶段、中期阶段和后期阶段。

早期阶段，从混凝土浇筑完成之后直到水泥发热结束，这段时间大约持续一个月左右。早期阶段的温度应力有两个主要特征：一个是水泥出现水化热现象，释放出大量热量；另一个是混凝土上弹性模量急剧变化，正因为弹性模量的不断变化，混凝土内部形成一定的残余应力[3]。

中期阶段，指的是水化热作用完成至混凝土冷却到稳定温度的时间段内。这一阶段引发混凝土温度应力的主要原因是混凝土自身的冷却以及外界气温环境的变化。中期阶段形成的温度应力和早期阶段形成的残余应力相互叠加，而这一阶段弹性模量不会出现明显的变化。

后期阶段温度应力的形成主要是指混凝土完全冷却以后的运转时期。这一阶段的温度应力主要是由环境温度变化引起的，与早期阶段和中期阶段形成的残余应力相互叠加，形成后期阶段的温度应力。

3 桥梁混凝土施工中温度控制与裂缝防治

3.1 材料的控制

要控制好桥梁混凝土施工中的裂缝，首先要做的就是控制好混凝土的材料，通过对材料的控制来控制混凝土水化热升温。在实际混凝土施工过程中，应当尽可能地选用水化热较低的水泥，控制好水泥的用量，且可以在混凝土中掺入适当的矿粉和粉煤灰，还可以对混凝土骨料进行优化处理。另外，应优化混凝土配合比。通常情况下，混凝土配合比的设计可以对水灰比、砂率以及拌合用水量进行控制，如水灰比控制在0.42左右，砂率控制在40%左右，拌合用水量控制在175 kg/m3左右[4]。

3.2 温度的控制

(1)可以从材料上着手，改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料。(2)在进行混凝土搅拌的时候，可以在搅拌之前的一段时间内进行加水处理，实现降低混凝土浇筑温度的目的。(3)如果混凝土浇筑的时间在热天，要尽可能地降低浇筑的厚度，有利于浇筑层面散热[5]。(4)埋设水管，在混凝土浇筑过程中通入冷水，以便实现降温。(5)气温如果下降的幅度很大，则要进行表面保温处理，这样可以避免混凝土表面产生急剧的温度梯度。(6)如果施工时间处于冬季，外部环境的气温比较低，则应采取保温措施，对长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构进行保温处理。

3.3 改善约束条件

约束条件的改善包括很多方面，有合理地进行分缝和分块，也有防止大体积混凝土基础起伏过大，还有改善混凝土的性能等。当然，桥梁工程混凝土在施工过程中，拆模的时间要控制好，不能过早也不能过晚，避免混凝土构件表面的拉应力导致裂缝产生。一般情况下，在拆除模板之后，需要在其表面覆盖一些轻型保温材料。

3.4 分层分块浇筑

桥梁工程混凝土施工过程中，在连续浇筑混凝土的时候，要控制好混凝土的厚度，最佳范围宜在30～50 cm范围内。无论是实施分层浇筑还是进行推移浇筑，都必须控制好间歇时间。在前一层混凝土初凝之前要完成下一层的混凝土浇筑。初凝时间的把握有一定的难度，所以要进行相关的实验检测。如果因为特殊情况的存在而错过了初凝时间，则需要进行施工缝处理。混凝土的浇筑应当坚持“由低至高”的原则，保证混凝土量的充足，做好二次捣鼓作业。

3.5 外加剂的使用

桥梁工程混凝土施工过程中，比较常见的外加剂如粉煤灰，它对水泥水化热作用的降低具有重要的作用。在混凝土中加入15%～20%比例的粉煤灰，可以降低水泥的水化热效应，幅度可达20%左右[6]。除了粉煤灰这一传统的外加剂之外，还有减水剂、缓凝剂、防水剂、防冻剂等。在具体的施工中应当根据实际情况选用外加剂，既要考虑施工成本，又要考虑施工效率，还要考虑施工质量，同时还要防止对周围环境造成的污染。

4 结语

在桥梁工程建设中，混凝土施工非常关键，控制好混凝土施工的质量实际上就是控制好桥梁工程的施工质量。因此，在混凝土施工之前，一定要对各种可能引发裂缝出现的因素进行分析研究，通过对这些因素的分析，着眼于整个桥梁工程的施工，提出相应的措施。从控制好施工温度、优化混凝土配合比、采用科学的施工工艺以及合理使用外加剂等方面出发，降低裂缝的发生概率，减少混凝土裂缝的产生，从而提升混凝土施工的质量，最终提高桥梁工程的施工质量，延长桥梁工程的使用寿命，保证其经济效益和社会效益的充分发挥。