管廊浇筑中混凝土温度效应对收缩裂缝的影响分析

摘 要：通过深入探讨混凝土收缩裂缝形成机制，特别分析温度变化对混凝土收缩的影响及其在管廊混凝土浇筑中的表现。通过深入分析材料因素（如混凝土配合比、材料选择和添加剂）以及施工工艺因素（包括浇筑方式、速度和环境条件），系统评估了其对裂缝形成的潜在影响，提出混凝土配合比优化和施工工艺优化等策略，旨在有效预防和控制收缩裂缝，确保管廊工程的长期稳定性和可靠性。

关键词：混凝土收缩裂缝；温度效应；管廊浇筑；材料因素；施工工艺

中图分类号：U231.3 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2024）07-0001-03

1 混凝土收缩裂缝形成机理

1.1 收缩类型和影响因素

混凝土收缩裂缝的形成涉及多个方面，主要是混凝土的收缩类型及其他影响因素。干缩、水泥浆缩和温度收缩是常见的混凝土收缩类型，混凝土配合比、外部环境湿度、水灰比等因素直接影响混凝土的收缩性能。深入理解不同类型的收缩及其影响，能更准确地预测和控制收缩裂缝的发生。

1.2 温度变化对混凝土收缩的影响

温度是混凝土收缩中一个至关重要的因素，其变化会引起混凝土体积的膨胀和收缩。在混凝土浇筑过程中，随着温度的升降，混凝土会经历不同程度的膨胀和收缩，从而导致收缩裂缝的形成。温度引起的收缩裂缝不仅受季节性温度变化影响，还与混凝土自身的导热性、密实度等因素相关。因此，深入研究温度变化对混凝土收缩的影响机制，有助于更好地制定针对性的防控策略，确保工程的耐久性和安全性。

1.3 收缩裂缝的形成过程和特征

收缩裂缝的形成是一个动态的过程，包括初期收缩、硬化收缩和龟裂扩展等阶段。初期收缩主要是由于混凝土刚浇筑后水分蒸发引起的，而硬化收缩则是由于混凝土内部水化反应引起的体积变化。这两个阶段直接影响了混凝土整体的收缩性能，进而决定了收缩裂缝的产生[1]。

龟裂扩展阶段则是收缩裂缝进一步发展的结果，深入研究裂缝的形成过程和特征，可为裂缝的预防和治理提供科学依据。

2 管廊混凝土浇筑中的温度效应分析

2.1 混凝土浇筑过程中的温度变化

在管廊混凝土浇筑过程中，温度变化是一个关键的动态因素。在混凝土浇筑初期，混凝土内部的温度会随着水化反应而上升。水泥水化反应释放出的热量会导致混凝土温度迅速升高，这一过程通常在数小时内发生。典型情况下，混凝土的温度升高可达到60°C以上，这样的高温对混凝土的收缩特性产生显著影响。随着时间的推移和外部环境的影响，混凝土温度逐渐趋于稳定。温度的不均匀分布导致混凝土不同部位的温度变化不一致，进而引发收缩差异，增加了裂缝形成的风险。

在管廊混凝土浇筑中，混凝土温度的具体变化受多种因素影响，如外部环境温度、混凝土配合比、水灰比、水泥类型等。环境温度的变化会影响混凝土表面和内部的温度分布，太阳辐射、风速等因素也会产生影响。此外，混凝土的配合比和水灰比对其导热性和温度变化具有显著影响[2]。不同类型的水泥，由于其硬化速率和水化热不同，会对混凝土温度变化产生影响。不同时间点的混凝土温度如表1所示。

在管廊混凝土浇筑过程中，表面温度和深层温度均呈稳定上升的趋势。表面温度相对于深层略高，这可能受到外部环境因素的影响。温度变化相对平稳，没有出现明显的波动，为工程管理提供了对混凝土温度变化的翔实了解，有助于制定科学的温度控制策略以减缓收缩裂缝的形成。

2.2 温度变化对混凝土收缩的影响

2.2.1 温度梯度引起的收缩差异

温度梯度引起的混凝土收缩差异是一个复杂而关键的问题，在管廊浇筑中尤为显著。混凝土内外部温度差异导致的收缩差异是由于表面温度变化快于深层。在管廊浇筑过程中，由于环境温度、太阳辐射等外部因素，混凝土表面会迅速升温，而深层温度变化较为缓慢。这种温度梯度引起的深浅层温差不仅直接导致混凝土表面的快速干燥，还在混凝土内部形成应力差异，最终促使收缩裂缝的生成。

混凝土的导热性和密实度等因素，对温度梯度引起的收缩差异也产生重要影响。在管廊浇筑中，由于混凝土的导热性不同，不同位置的温度传导速率存在差异，使得混凝土不同部位的温度变化不均匀。混凝土的密实度会影响其对温度梯度的反应，密实度高的区域温度变化相对较缓，密实度低的区域则更容易受到外部温度影响。这种不均匀的导热性和密实度分布增加了混凝土内部的温度差异性，加剧了裂缝的形成。

2.2.2 温度控制与收缩裂缝形成关系分析

在高温季节，混凝土表面温度的快速升高可能导致快速地收缩，引起裂缝的产生。采取覆盖物或喷水降温等措施能够有效减缓表面温度升高的速率，进而缓解收缩引起的内部应力差异。例如，喷水降温可以使混凝土表面温度相对环境温度降低5～10℃，从而降低裂缝的形成风险。这种温度控制策略特别在管廊工程中尤为重要，因为管廊结构的封闭性和特殊形状使得温度变化更加敏感。

浇筑方式和速度的合理控制也直接关系到混凝土的温度分布和裂缝的形成。逐层浇筑或分段浇筑的方式能够减缓表面温度梯度，降低内部应力差异，从而减缓收缩裂缝的生成。在管廊浇筑中，由于管廊的封闭性，逐层浇筑能够更有效地控制温度分布，降低裂缝形成的概率。

合理控制浇筑速度同样是关键因素之一。采取较慢的浇筑速度有助于防止混凝土表面过快的水分蒸发，维持较高的湿度，减缓水分流失引起的收缩，有效地控制整体混凝土的收缩速率。

3 影响收缩裂缝的因素分析

3.1 材料因素对收缩裂缝的影响

3.1.1 混凝土配合比与材料选择

混凝土配合比直接影响着混凝土的收缩性能。例如，降低水灰比可以减少混凝土的渗透性和收缩，但过低的水灰比可能影响混凝土的流动性和易性。粗细骨料的选择与配比也对混凝土的收缩特性产生显著影响。研究表明，合适的骨料粒径分布有助于降低混凝土的收缩率，过多的细骨料会增加混凝土的收缩，而合理的粗骨料使用则有助于减少收缩裂缝的生成。不同类型的水泥对收缩裂缝的控制也有所差异，普通硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥掺入粉煤灰相比，可能导致不同程度的收缩变化。

3.1.2 添加剂的影响

添加剂在混凝土中的使用可以对收缩裂缝产生重要影响。例如，使用膨胀剂或者延缓剂可以有效减少混凝土的收缩。膨胀剂能够通过生成气泡来降低混凝土的密实度，减少内部应力，从而减少收缩裂缝的产生。使用高分子聚合物改性剂或纤维增强材料也能改善混凝土的收缩性能，特别是控制龟裂扩展过程。添加剂的应用需根据具体情况和工程要求，通过调整剂量和类型来达到最佳的收缩裂缝控制效果。

3.2 施工工艺因素对收缩裂缝的影响

3.2.1 浇筑方式与速度

在高温季节，采用逐层浇筑或分段浇筑的方式能够有效减缓混凝土的温度升高。逐层浇筑使得混凝土表面温度相对较低，更好地协调了表层与深层的温度变化趋势，从而降低了温度梯度引起的差异性收缩。特别是在管廊工程中，由于结构的独特性，逐层浇筑更能适应管廊的尺寸和形状，有效缓解温度梯度带来的应力差异，减轻收缩裂缝的形成。

适度降低浇筑速度同样是管廊混凝土浇筑中的重要策略。通过减缓浇筑速度，可以有效防止混凝土表面水分过快蒸发，减缓初期水分流失，降低初期收缩的影响。在管廊工程中，初期收缩对整体结构的影响较为敏感，因此通过控制浇筑速度，可以调整混凝土表面的水分蒸发速率，避免过快的初期收缩，有助于减缓整体收缩的速度，有效降低了收缩裂缝的发生风险。

3.2.2 环境条件对施工的影响

在管廊混凝土施工中，环境条件尤其是温度和湿度，对混凝土的温度效应产生显著的影响，直接影响着收缩裂缝的形成。在高温干燥环境下，混凝土表面水分迅速蒸发，导致表面温度迅速升高，而深层温度变化相对较慢，引发内外部收缩差异。这种差异性收缩会使混凝土表面发生拉裂，形成收缩裂缝。有效的遮阳措施和保湿覆盖成为至关重要的手段，可有效减缓混凝土整体收缩速度，降低裂缝的发生概率。通过在高温环境中适时采取这些措施，不仅能够降低混凝土表面的温度，减缓水分的蒸发，还能维持较高的湿度，控制温度梯度的形成，从而最小化混凝土温度效应对收缩裂缝形成的不良影响。

4 收缩裂缝预防与控制策略

4.1 混凝土配合比优化

在混凝土结构中，混凝土配合比的优化是预防和控制收缩裂缝的关键策略之一，尤其在管廊浇筑中，针对温度效应对裂缝形成的影响更为关键。通过精心设计配合比，可以有效降低混凝土的收缩率。

降低水灰比是一项关键措施，实验数据显示：在水灰比为0.4时，混凝土的收缩率相对较低。这表明通过合理控制水泥的使用量，可以减缓混凝土的收缩过程。在管廊浇筑中，充分考虑工程要求和结构特点，通过优化水灰比，使其适应管廊的尺寸和环境条件，有助于降低裂缝的形成风险[3]。混凝土配合比对管廊浇筑中收缩裂缝的影响如表2所示。

混凝土配合比的优化需要保持适度的骨料配合，特别是在管廊工程中，添加细骨料和控制粗骨料的比例对裂缝控制具有重要意义。采用合适的骨料配比可以调整混凝土的工作性能和收缩性能，进一步降低裂缝的发生概率。在管廊浇筑中，由于结构的独特性，可以通过精确控制细骨料的使用量，增加混凝土的流动性，减缓收缩的速度。通过调整粗骨料的比例，有助于提高混凝土的韧性，从而降低收缩引起的裂缝的宽度和深度。

水灰比显著影响混凝土的收缩性能，较高水灰比可能导致较高的收缩率，而较低水灰比则有助于减少混凝土的收缩。骨料配合的优化对混凝土收缩性能有明显正面影响，例如在相近水灰比条件下，采用优化的骨料配合（如1：1.8：2.5的配合比）能显著减小混凝土的收缩率。由此表明在实际工程中，通过调整水灰比和优化骨料配合是有效控制混凝土收缩裂缝的关键策略[4]。

4.2 施工工艺优化

合理选择浇筑方式和速度是至关重要的。采用减缓浇筑速度的方法，如分段浇筑或逐层浇筑，可有效减缓混凝土温度升高速率，降低收缩裂缝的形成概率。实际数据表明，采用逐层浇筑相较于整体浇筑，混凝土表面温度的变化较为均匀，有利于减少温度梯度引起的收缩差异。此外，合理控制浇筑速度也是关键，过快的浇筑速度可能导致混凝土表面水分快速蒸发，增加收缩裂缝的风险，因此需要在速度和质量之间取得平衡。

在施工过程中，采取保湿措施和遮阳覆盖等方法对控制混凝土收缩裂缝具有显著作用。保湿能够降低混凝土表面水分的蒸发速率，有助于维持较高的湿度环境，从而减缓混凝土收缩的过程。遮阳覆盖可有效降低直射阳光对混凝土表面的照射，减少温度升高，有利于控制混凝土表面和内部的温度梯度。

5 结束语

管廊混凝土浇筑中混凝土温度效应对收缩裂缝的影响显著且复杂。本文深入研究了收缩裂缝形成机制、温度效应、材料因素和施工工艺对裂缝的影响，并提出了相应的预防与控制策略。合理选择浇筑方式和速度、科学管理温度、湿度等环境条件、通过混凝土配合比的优化等手段，是降低混凝土温度效应引起的收缩裂缝的有效途径。

在实际管廊工程中，需综合考虑各因素的影响，制定科学的施工计划和控制策略，以确保混凝土的稳定性和耐久性，最终实现工程的安全可靠运行。这一研究对于混凝土结构工程实践具有指导意义，为提高工程质量提供了有益的参考。

参考文献

[1] 李智.钢筋混凝土剪力墙结构温度及收缩裂缝的机理与控制技术分析[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2023（12）：129-132.

[2] 范利丹，徐峰，余永强，等.高地温地下工程支护混凝土研究现状及进展[J].科学技术与工程，2022，22（4）：1308-1320.

[3] 龙春成.论大体积混凝土温度裂缝成因及控制[J].交通科技与管理，2023，4（3）：150-152.

[4] 徐嘉祥.地铁车站主体结构混凝土温度开裂机理与控制研究[D].济南：山东大学，2023.