分析水泥混凝土路面施工中溫度與裂縫的控制

馬國(guó)海（涼山州木里藏族自治縣交通運(yùn)輸局公交工程隊(duì)，四川 涼山 615899）

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分析水泥混凝土路面施工中溫度與裂縫的控制

馬國(guó)海（涼山州木里藏族自治縣交通運(yùn)輸局公交工程隊(duì)，四川 涼山 615899）

混凝土是當(dāng)代最主要的土木工程材料之一，并廣泛應(yīng)用于公路工程及橋涵工程施工中，它具有原料豐富、價(jià)格低廉、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、施工方便、抗壓強(qiáng)度高、剛度大、耐久性好、整體性和穩(wěn)定性?xún)?yōu)等特點(diǎn)；但也存在著抗拉強(qiáng)度低，受拉時(shí)變形能力小，容易開(kāi)裂等缺點(diǎn)。隨著社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)和脫貧奔康的步伐以及大量農(nóng)村公路的不斷實(shí)施和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷增加，混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有十分重要的地位，通過(guò)十幾年來(lái)作者在通鄉(xiāng)水泥路、通村水泥路等施工建設(shè)中不斷探索與觀(guān)察以及總結(jié)，作者一直認(rèn)為我們對(duì)混凝土溫度應(yīng)力的變化注意不夠以及混凝土成型后受到溫度、濕度的控制不夠是混凝土產(chǎn)生裂縫的重要原因之一，當(dāng)然也有其它因素，如對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)措施不到位、混凝土早期脫水，添加劑選擇不當(dāng)、施工中混凝土配合比不合理、路面基層壓實(shí)強(qiáng)度不均勻等。

水泥混凝土路面；裂縫；溫度

水泥混凝土路面的裂縫是一個(gè)帶普遍性的技術(shù)問(wèn)題。在混凝土施工中，溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因：①在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。②在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，溫度、濕度以及風(fēng)速變化對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的影響，我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫。因此，我就施工中混凝土產(chǎn)生裂縫的原因和如何防止以及處理措施做一下分析與探討。

1　混凝土路面產(chǎn)生裂縫原因

混凝土產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的，主要是溫度與濕度的變化，混凝土的脆性、流動(dòng)性、易密性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、設(shè)計(jì)中未充分考慮混凝土構(gòu)件的收縮變形和對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力不當(dāng)，致使應(yīng)力過(guò)大，產(chǎn)生偏心矩。粗細(xì)集料及水泥不合格，模板變形，路基承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求等。

（1）水泥水化過(guò)程是混凝土路面中的主要溫度因素，水泥水化時(shí)消耗水分，混凝土相對(duì)濕度降低，從而產(chǎn)生收縮現(xiàn)象；混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力，后期在降溫過(guò)程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束，有會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。

（2）許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化，如養(yǎng)護(hù)溫度不同、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束也往往導(dǎo)致裂縫。

（3）外界氣溫變化的影響也不可忽視，水泥混凝土路面在施工階段，外界氣溫的變化影響是顯而易見(jiàn)的。因?yàn)橥饨鐨鉁赜?，混凝土的澆筑溫度也愈高；而如果外界溫度下降，又增加混凝土的降溫幅度，特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度，這對(duì)水泥混凝土路面是極為不利的。

（4）由于原材料不均勻、水灰比不穩(wěn)定和澆筑過(guò)程中的離析現(xiàn)象，以及在混凝土運(yùn)輸途中的空氣的濕度和溫度、風(fēng)速等的影響，在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。

2　溫度應(yīng)力的分析

根據(jù)溫度應(yīng)力引起的混凝土裂縫原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）自生應(yīng)力?；炷辆哂袩崦浝淇s的性質(zhì)，在混凝土硬化初期，水泥水化生成物的體積比反應(yīng)前物質(zhì)的總體積小，而使混凝土收縮，同時(shí)水泥水化放出大量的熱量，混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，散熱緩慢，所以在大面積的混凝土內(nèi)部的溫度較外部高，有時(shí)可達(dá)50～70℃，這將使內(nèi)部混凝土產(chǎn)生顯著的體積膨脹，而外部混凝土卻隨氣溫降低而冷卻收縮，內(nèi)部膨脹和外部收縮互相制約，當(dāng)外部混凝土所受拉應(yīng)力大于混凝土當(dāng)時(shí)的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就將產(chǎn)生裂縫。因此，在大體積、大面積的混凝土施工中，必須盡量減少混凝土的發(fā)熱量，如采用低熱水泥、減少水泥用量，采取人工降溫等措施。

（2）約束應(yīng)力?；炷粮煽s變形受到外界的約束時(shí)，不能自由變形而引起構(gòu)件的翹曲或開(kāi)裂，影響混凝土的耐久性。

①外部約束：水泥混凝土路面一般是整體澆筑，對(duì)路基要求較高，路基對(duì)其約束也十分明顯，這是引起約束收縮，產(chǎn)生裂縫的一個(gè)主要因素?；炷猎谕饬Φ淖饔孟?，會(huì)產(chǎn)生彈性和塑性變形，它的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系是非線(xiàn)性的。為避免混凝土路面的開(kāi)裂，應(yīng)合理分板（板長(zhǎng)一般為4m，不得不調(diào)整板長(zhǎng)時(shí)，最大板長(zhǎng)不宜大于6m），及時(shí)切縫 （切縫深度不應(yīng)小于60mm），設(shè)置伸縮縫、施工縫，縮小約束范圍，減輕約束作用，使收縮自由。

②內(nèi)部約束：內(nèi)部約束主要是混凝土內(nèi)外溫差發(fā)生較大變化而造成的，混凝土澆灌成型后，如能保持濕潤(rùn)的狀態(tài)，混凝土的強(qiáng)度將齡期按水泥的特性成對(duì)數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)?；炷敛徽撌鞘軌骸⑹芾蚴軓潟r(shí)，均有徐變現(xiàn)象。對(duì)于大體積混凝土，能消除一部分溫度變形所產(chǎn)生的破壞應(yīng)力。在混凝土澆筑完畢后應(yīng)立即開(kāi)始覆蓋養(yǎng)生，宜使用保濕膜、土工氈、土工布、麻袋、鋸末，草袋，草簾等覆蓋在混凝土路面上面保濕養(yǎng)生并及時(shí)灑水；保持混凝土表面始終處于潮濕狀態(tài)；還有就是在混凝土路面上面搭設(shè)大棚，使混凝土內(nèi)外溫差變化不大，使溫度變化對(duì)混凝土的徐變不會(huì)產(chǎn)生較大影響。

3　溫度的控制和防止裂縫的措施

為了防止混凝土路面的裂縫，可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面來(lái)處理與解決。

3.1控制溫度的措施

（1）減少水泥用量，減少溫度收縮：采用調(diào)節(jié)骨料級(jí)配，增大粗集料的粒徑，使用添加劑（減水劑）、以及采用振動(dòng)搗實(shí)、加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)等措施以減少混凝土中的水泥用量。

（2）降低澆注溫度：澆筑溫度低可以降低最高溫升。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)氣溫過(guò)高時(shí)，盡量避開(kāi)中午澆筑，可選擇在早晨、傍晚或夜間施工，但夜間施工應(yīng)有良好的操作照明，同時(shí)也可在拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石、沙子冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。

（3）減少澆筑量：熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑長(zhǎng)度，在適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度內(nèi)設(shè)置施工縫，利用澆筑側(cè)面散熱，不要只為了追求進(jìn)度而不考慮質(zhì)量。

（4）強(qiáng)制降溫：在混凝土中埋沒(méi)水管，通過(guò)冷水降溫，使其混凝土內(nèi)外溫度均衡，防止混凝土熱脹冷縮。

（5）合理安排工序：規(guī)定合理的拆模時(shí)間、其拆模時(shí)間不宜過(guò)早也不宜過(guò)晚；在寒冷季節(jié)或高寒地區(qū)進(jìn)行混凝土施工時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的保溫措施。

3.2改善約束條件的措施

（1）合理地分縫分塊；一般情況下，在進(jìn)行混凝土路面施工時(shí)，要分段、分塊施工，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中按相應(yīng)的長(zhǎng)度設(shè)置伸縮縫、施工縫或埋置溫度鋼筋等措施。

（2）避免路基壓實(shí)及承載力不均勻；在澆注混凝土之前，要對(duì)路基的彎沉及壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，使其達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度方能施工。

（3）合理的安排施工工序，避免過(guò)大的高差使混凝土的和易性大大減弱和側(cè)面長(zhǎng)期暴露而使其變形。

（4）正確的選擇風(fēng)天施工，在大風(fēng)天氣下施工時(shí)，由于混凝土迅速失水，引起混凝土表面干縮而產(chǎn)生表面裂紋，因此，在大風(fēng)天氣下不宜對(duì)混凝土路面進(jìn)行施工，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到6級(jí)強(qiáng)風(fēng)時(shí)，必須停止施工。

4　結(jié)束語(yǔ)

為了保證混凝土的工程質(zhì)量，為防止表面干縮而引起混凝土裂縫，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)氣溫大于等于30℃時(shí)，應(yīng)避開(kāi)中午高溫時(shí)段施工或使用防雨篷作防曬遮陰篷，同時(shí)當(dāng)風(fēng)力達(dá)到6級(jí)強(qiáng)風(fēng)時(shí)，必須停止對(duì)混凝土路面的施工；為防止混凝土斷板，切縫應(yīng)視混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)情況，宜比常溫施工適當(dāng)提早切縫，特別是在夜間降溫幅度較大或降雨時(shí)，應(yīng)當(dāng)提早切縫，當(dāng)晝夜溫差小于10℃時(shí)，切縫時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)24h，切縫深度1/4～1/5板厚；當(dāng)晝夜溫差大于10℃而小于15℃時(shí)，切縫深度不應(yīng)小于60mm；當(dāng)晝夜溫差大于15℃切縫深度大于等于60mm。其次為保證混凝土的工程質(zhì)量，為防止混凝土裂縫，提高混凝土的整體性和耐久性，正確使用外加劑（如減水劑）也是減少開(kāi)裂的措施之一，減水劑具有吸附分散作用、濕潤(rùn)作用和潤(rùn)滑作用，只要參加少量的減水劑，就能使新拌混凝土的和易性顯著改善，同時(shí)對(duì)硬化后的混凝土也帶來(lái)一系列的優(yōu)點(diǎn)。

［1］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF 30-2003）.

［2］嚴(yán)家伋，主編.《道路建筑材料》（第二版）.人民交通出版社.

馬國(guó)海（1978-），男，彝族，四川鹽源人，中共黨員，道橋工程師，大專(zhuān)。

U416.2

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2095-2066（2016）17-0211-02

2016-5-20