公路桥梁混凝土的施工温度与裂缝防治

彭锐

（江西省公路工程有限责任公司，江西 南昌 330000）

0 引言

混凝土在公路桥梁工程施工建设中占据着重要地位，主要成分为集料、水泥、外加剂与水等，在刚性、稳定性方面表现突出，十分契合公路桥梁项目对耐久性的需求。然而随着混凝土施工规模日渐增大，再加上混凝土结构受到温度因素的影响非常明显，一旦对施工温度无法合理控制，必定会产生应力裂缝，从而影响公路桥梁项目的稳定性与安全性。由此可见，在公路桥梁混凝土施工中一定要把控好施工温度，有效防治温度裂缝，这对于保障公路桥梁项目完整性而言意义重大。

1 温度应力的形成及影响

混凝土施工中温度应力的形成主要可从三个时期进行分析：第一，早期，即从混凝土浇筑开始至混凝土热量释放结束期间，通常来讲这一时期的持续时间长达30 天左右，在此期间水泥会释放大量的水化热，不仅会严重影响混凝土的弹性模量，而且会促使其出现剧烈反应，从而导致混凝土内部生成应力；第二，中期，即混凝土热量释放结束至混凝土性质趋于稳定期间，此阶段混凝土弹性模量尽管变化不太显著，但温度变化产生的应力同样存在，与早期余下的应力会相互作用[1]；第三，晚期，即混凝土完全冷却之后，这一时期的温度应力产生主要来源于外界温度的骤然变化，并且混凝土晚期产生的应力同样会与前期重叠，共同对混凝土产生作用。

温度应力对混凝土产生的影响基本表现在两个方面：第一，约束应力。外部因素会影响结构边界，同时还会抑制其形变，从而产生应力，该类型的温度应力一般会与干缩应力重叠，对混凝土共同形成影响。第二，自生应力。结构边界因为缺少力量对其约束，所以混凝土结构会始终处在失稳状态，在此状态下如果混凝土内部出现非线性分布，则会因为结构本身力量的相互制约而产生温度应力。

2 公路桥梁混凝土裂缝的产生原因

2.1 混凝土本体出现自缩

在公路桥梁工程建设中，混凝土构件本体同样会出现自缩反应，而这一反应程度与混凝土原材料的选用关系较大。其一，水泥。水泥是导致混凝土自缩的主要原因之一，一般水泥硬化期间会消耗与蒸发掉20%的水分，而其他水分会在后期不断流失，水分的不断减少与混凝土自缩的平衡关系便会打破。在公路桥梁项目施工中，倘若水泥中的水分蒸发过大且超过了混凝土本体的自缩值，便会出现比较严重的混凝土裂缝问题。其二，外加剂。外加剂的应用也会影响混凝土自缩，作为提升混凝土材料某些功能属性的物质，能够保证混凝土浇筑的密实度，而不同类型、不同用量的外加剂，也会对混凝土形成不同影响，所以要防范混凝土的自缩，就要对外加剂合理使用[2]。另外，在混凝土材料中含有矿物质材料，相较于外加剂而言，矿物质本身并不会影响混凝土，但会因为投放量的不合理而影响水泥自缩值，也就对混凝土材料性能形成间接影响，造成裂缝。

2.2 施工准备工作不充分

对混凝土质量形成影响以及产生混凝土裂缝的主要原因中，材料配合比属于关键因素，而部分施工方在施工准备阶段关注不够，没有严格按照配合比标准进行混凝土配置，如水泥掺加量、需水量计算不合理，致使混凝土浆体中的水泥、含水量处在失衡状态，这一情况会直接影响混凝土的稳定性，进而出现离析现象，从而产生混凝土裂缝。此外，在对混凝土进行配制的过程中，部分人员对拉应力的影响不够重视，所以在工作中出现失误导致混凝土内部产生巨大拉应力，一旦拉应力超过混凝土本身的承载极限，那么裂缝产生概率便会急剧上升。

2.3 混凝土的水化热反应

在混凝土施工过程中，水化热反应属于十分常见的现象，施工中水泥会释放一定热量，热量会跟随混凝土浇筑传导至公路桥梁的混凝土构件内部。如果公路桥梁工程的混凝土施工规模较大，那么内部热量将很难及时散发出去，再加上混凝土浇筑的路面防护体系要保持在较厚的水准，才能保证路面的聚合作用，这种情况下水化热中释放出的热量也会难以及时散出，久而久之便会导致公路桥梁内外温差较大[3]。一旦内外温度应力超过了混凝土的设计标准，破坏便应运而生，公路桥梁裂缝也就此形成。

2.4 外界环境变化直接影响

相较于其他结构形式而言，公路桥梁项目中的混凝土结构具有较强的稳定性与耐久性。但是在施工过程中，混凝土无法避免地会受到热胀冷缩效应的影响，一旦施工过程中外界环境发生变化，混凝土结构本体也会直接受到影响。如果温度骤然升高，混凝土表面温度跟随升高，水分蒸发加快，容易形成干缩裂缝；而如果温度骤然降低，混凝土结构表层外部温度变低，内部温度依旧很高，则会因为内部出现热力膨胀而产生温差裂缝。另外，在混凝土浇筑完工后期的养护阶段，施工方一般会对混凝土进行降温或保温操作，但是一般在高温季节时混凝土内部温度很难在短时间内降低，而一旦冷水遭遇高温，便会产生较大温差，因此产生温差拉应力，也会加速裂缝的形成。

3 公路桥梁混凝土的施工温度与裂缝防治措施

公路桥梁混凝土在施工中出现温度裂缝的情况无法避免，但可通过采取妥当的防治措施降低裂缝形成概率。总体来讲，公路桥梁混凝土的施工应当从准备阶段、施工阶段、养护阶段着手进行全面考量，制定科学合理的温度控制措施及裂缝防治方案，保证裂缝能控制在可控范围内，保证混凝土结构强度与质量符合公路桥梁工程项目要求。

3.1 优化混凝土配合比

在施工前期准备阶段，一定要对混凝土原材料进行科学合理的配置，特别是在选择水泥材料方面，要尽可能选用水化热偏低的水泥，一般可用火山灰质硅酸盐水泥、矿渣水泥等，均可作为公路桥梁项目混凝土的原材料。选好材料还要对配合比进行多轮试验，最终确定最佳配比方案。以粉煤灰混凝土举例，粉煤灰的主要成分有SiO2、Al2O3、CaO 以及MgO 等。在高温条件下，SiO2、Al2O3、CaO 的活性表现较高，所以这三者的含量要确保在70%以上[4]。粉煤灰颗粒的粒径要确保在45μm 以下，玻璃微珠粒径在10～30μm 之间，倘若需要配置C40 以上等级的混凝土，要选用超细粉煤灰。此外，因为粉煤灰的结构颗粒有差异，所以需水量也会有所不同，其中密实玻璃体颗粒的需水量较小，反之则越大，所以要根据粉煤灰的颗粒结构判定其需水量的多少。

选择好用粉煤灰之后，则要对配合比进行试验，为了确保混凝土拥有良好的和易性表现，需要加入一定量的减水剂，并且提前进行水泥、粉煤灰、减水剂的相容性试验，关注坍落度、泌水性、扩展度、流淌时间等重要指标，将坍落度把控在180～220mm 之间，相对压力泌水性要小于40%，扩展度要超过470mm，流淌时间把控在8～30s 之间。如果上述指标均合格，则代表水泥、粉煤灰、减水剂拥有良好相容性，施工中不会出现骤然凝结或假凝的情况。经过配合比试验与方案选择，最终选择28d 龄期的粉煤灰混凝土配合比，如果强度要求C40 等级，水泥等级42.5 时，每立方米需水量为185kg、水泥为385kg、粉煤灰为75kg、河砂为720kg、石子1080kg 以及外加剂4.6kg，按照该配合比，能够保证混凝土的坍落度在160～180mm 之间[5]。

3.2 做好施工过程的温度控制

3.2.1 设置测温管

公路桥梁的混凝土施工过程必须对温度进行动态化监测，进而确保能够及时采取降温或者保温措施，实现温差合理把控而抑制裂缝产生。所以，施工方要根据公路桥梁工程项目的现实情况，尤其是混凝土施工规模，将构建分成上、中、下三个层次，在其中设置适量的测温管，并且要根据施工要求对混凝土的施工环境和构件本体的温度进行定时检测，记录好数据。一旦察觉混凝土构件的内外温度差大于25℃，就需要采取合理的稳控措施，有效避免混凝土裂缝的产生。

3.2.2 优选混凝土浇筑、振捣、摊铺工艺

混凝土浇筑施工中，施工方需要结合现实情况确定选择连续推移浇筑还是分层浇筑，但不管选择哪一种，浇筑施工需要不间断进行，避免出现裂缝。在摊铺过程中，要严格按照规范要求进行操作，把控摊铺厚度。如果选择泵送方式进行混凝土输送，摊铺厚度不得超过60cm；如果采取其他输送方式，则摊铺厚度不要超过40cm[6]。此外，对混凝土浇筑施工流程要合理确定，保证资源配置合理高效，实现各道工序的有序衔接。混凝土浇筑完成后，施工人员要进行二次振捣，将混凝土内部气泡、水分等排出，能有效提升混凝土构件的强度。

3.2.3 做好混凝土降温与保温措施

在气温较高的气候环境下开展混凝土的制备、运输、浇筑等施工，一定要重视温度控制措施的合理应用。一般来讲，会选择用水冲刷进行物理降温，有效降低混合料中的砂石温度。另外，遮阳棚能避免阳光对混凝土的直射，也能起到一定的降温效果。在混凝土的输送过程中，要把控输送距离与时间，则可在车厢进行遮阳降温。

另外，对于混凝土分层浇筑的厚度要重点把控，便于混凝土内部热量能够尽快挥发，因此应尽可能选择在气温较低的夜间或清早进行浇筑，同时尽量降低混凝土入模温度，均可有效防范混凝土的温度裂缝。

混凝土施工要尽可能规避气温较低的天气环境，否则容易因为混凝土内部温差较大而形成较大拉应力，从而出现温度裂缝。倘若因为工期紧张而必须在低气温条件下浇筑混凝土，则要优化工序，尽可能缩短混凝土在泵送管中的停留时间，同时随时关注混凝土的入模温度，保证温度超过5℃，避免因为混凝土温度骤降而硬化，导致泵送管堵塞，严重影响混凝土浇筑作业的连续性。另外，在气温较低的冬季，混凝土初凝一般需要8～10h 的时间，终凝则要12～14h，所以需要对抹面作业起始时间合理控制，保证在初凝完成前进行2 次抹平与1 次压实，可有效避免混凝土构件的表面裂缝。对拆模时间也要科学把控，关注混凝土构件的掉角、黏模情况。

3.3 做好养护阶段的温控工作

3.3.1 科学选择养护手段

公路桥梁混凝土浇筑完工之后，施工方需要结合环境温度等条件确定科学的养护措施，如果是在温度较高的夏季施工，则要进行洒水养护；如果是在温度较低的冬季施工，要做好保温养护。

3.3.2 利用冷却管进行降温

混凝土浇筑完成后，构件内部会立马释放大量热量，所以会出现温度急剧升高的情况。而夏季外部环境温度较高，所以混凝土构件温度升高更显著，因此一定要及时降温。为了降低混凝土产生温度裂缝的概率，应当提前将冷却管埋设在混凝土构件内部。待混凝土构件浇筑完成后，倘若内部热量释放较多而导致温度急剧升高，则开启冷却管阀门，以水冷方式将水流导进混凝土构件内部，再通过冷却管出口将水排出。施工过程中，冷却管内部进出水速度及温度要合理控制。通常来讲，温度控制在10℃之内，水流速度控制在1500L/h 左右。此外，还要对水口位置合理确定，避免水流排出影响混凝土浇筑成型。待混凝土构件养护完工后，要采取注浆、真空压浆等手段填充冷却管空间，防止影响混凝土构件的完整性和强度。

3.3.3 低温期间的保温养护

如果混凝土施工时间选择在气温较低的冬季，在完成浇筑施工后要及时将保温材料覆盖在混凝土构件表面，以保温保湿的作用防止混凝土构件裂缝的产生，一般可用隔热毯、塑料膜、草帘等。同时，也要根据环境温度的高低调整保温材料的覆盖厚度，尤其是对于混凝土构件的边角部位，一定要重点保温。如果条件允许，施工方可选择蒸汽养护法，能够更有效地通过温控抑制裂缝产生。

3.4 加强混凝土约束力把控

在公路桥梁工程施工中，地基会对其稳定性与安全性形成直接影响。通常来讲倘若地基在水平方向出现位移或在垂直方向发生沉降，均会对公路桥梁工程项目的质量形成负面影响，所以必须采取相关措施控制好混凝土约束力[7]。具体来讲，地基基础约束力控制措施需重视如下几点：第一，减弱混凝土构件内部约束。因为在混凝土实施过程中，其内部温度升高会直接影响材料的约束力，所以要采取保温措施弱化温度对内应力的影响，进而降低对混凝土构件的负面影响。第二，在对外部地基约束力的控制过程中，要重点控制混凝土浇筑厚度，如此能减轻混凝土对地基的影响，并且也能确保内外温度保持平衡。第三，约束力把控还要重视移动层的优化设置，要保证移动层与混凝土结构之间的协调，防止公路桥梁出现裂缝。值得注意的是，混凝土施工完成后，要进行抗裂性能的计算，倘若是全预应力混凝土构件，其抗应力必须满足一定条件，具体如表1所示。

表1 全预应力混凝土构件抗裂性能表

4 结语

综上所述，公路桥梁混凝土裂缝的形成与温度因素有着内在联系，结合文章分析，在施工准备阶段需要优化混凝土配合比，严控水泥、水、砂石等材料的用量；在施工阶段要重视各项降温措施的及时应用，确保混凝土构件内外温差在25℃左右；在养护阶段要根据混凝土施工规模大小选择恰当的方法，做好混凝土内部结构温度监测。此外，施工单位需要密切关注项目所在地的气候特点与温度变化走势，厘清温度与混凝土裂缝产生的关系，从科学施工着手，保障公路桥梁混凝土构件的稳定性与安全性。