公路與橋梁施工中混凝土溫度應(yīng)力控制及裂縫優(yōu)化措施

江宏文

（江西億嘉路橋工程有限公司，江西 撫州 344400）

0 引言

自20世紀(jì)90年代以來，我國的綜合國力得到了持續(xù)、穩(wěn)定的提升，國家高度重視公路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，在路橋工程方面的投資較大。混凝土在公路和橋梁等現(xiàn)代化工程中具有十分重要的地位，混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接影響整個公路橋梁工程的質(zhì)量，如果混凝土結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重裂縫，雨水就會隨著裂縫進(jìn)入混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，引發(fā)鋼筋銹蝕，縮短工程的使用壽命。在實(shí)踐中，大體積混凝土更容易受到溫度應(yīng)力的影響，產(chǎn)生裂縫的可能性也更高，施工單位需要加強(qiáng)對工程結(jié)構(gòu)的研究，采取科學(xué)有效的控制方法，從根源上減少裂縫的產(chǎn)生。

1 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 外力作用造成的裂縫

大體積混凝土在公路和橋梁工程中比較常見，為確保道路橋梁施工順利完成，施工人員必須要高度重視大體積混凝土的施工效果，避免混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力。外力作用有可能造成裂縫，如果道路橋梁的承重位置出現(xiàn)超重荷載，混凝土就很容易出現(xiàn)裂縫，整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會下降。此外，如果混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)方面缺乏科學(xué)性，就很容易受到外力作用的影響產(chǎn)生裂縫。

1.2 溫度應(yīng)力變化造成的裂縫

對混凝土裂縫來說，溫度應(yīng)力是最關(guān)鍵、核心的影響因素，混凝土結(jié)構(gòu)施工需要經(jīng)過材料選擇、配比、拌和、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等多個環(huán)節(jié)，在混凝土硬化環(huán)節(jié)，會出現(xiàn)大量的水化熱，由于混凝土體積較大，水化熱很難通過混凝土表面散發(fā)出來，這是溫度應(yīng)力產(chǎn)生的重要原因。在混凝土硬化過程中，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度會快速上升，內(nèi)外部溫差較大，此時就會產(chǎn)生拉壓力。在后期降溫階段，拉壓力的強(qiáng)度一旦超出混凝土的抗裂范圍，就會形成裂縫。

1.3 養(yǎng)護(hù)不當(dāng)造成的裂縫

在公路橋梁施工完成后，施工人員需要對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，可以采取科學(xué)的手段控制混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外部濕度差和溫度差，通過這種方式減少混凝土裂縫，提高混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。然而，在實(shí)踐當(dāng)中，部分施工人員急于開展下一環(huán)節(jié)的施工，混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)時間不足，養(yǎng)護(hù)手段不到位，這同樣會造成混凝土裂縫。

1.4 施工材料不合格造成的裂縫

混凝土包含了水泥、砂石骨料等原材料，這些材料的性質(zhì)比較特殊，施工中難以控制的因素較多，施工工序、施工設(shè)備、原材料質(zhì)量等都會影響工程的整體效果。其中，混凝土施工材料不合格容易引發(fā)裂縫。在實(shí)踐中，部分施工單位選用的水泥質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，或者將不同標(biāo)號、不同品種的水泥混合應(yīng)用，這些都會影響混凝土結(jié)構(gòu)的施工效果，誘發(fā)裂縫。因此，施工人員要高度重視混凝土施工的原材料，尤其要重視水泥的質(zhì)量，選用標(biāo)號統(tǒng)一的水泥，同時確保其他施工材料質(zhì)量合格，這樣才能避免裂縫的產(chǎn)生。

2 混凝土溫度應(yīng)力分析

2.1 混凝土溫度應(yīng)力產(chǎn)生的原因

在道路橋梁工程的施工過程中，溫度應(yīng)力難以避免，從根源上來說，混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力的原因包含約束應(yīng)力和自身應(yīng)力，這兩種情況都有可能造成混凝土裂縫。

首先，約束應(yīng)力是受外界約束產(chǎn)生的應(yīng)力，原理是混凝土部分區(qū)域或者整體結(jié)構(gòu)無法自由形變，屬于“外約束”?；炷恋慕M成材料比較特殊，在施工過程中，混凝土結(jié)構(gòu)容易受到外界溫度的影響發(fā)生形狀變化，如果外界的某些部件制約混凝土的形變，就會產(chǎn)生約束應(yīng)力。

其次，自身應(yīng)力是指混凝土的結(jié)構(gòu)并不會受到外界的限制，它可以自由發(fā)生形變，但混凝土結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，如果混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度分布不均，也會形成溫度應(yīng)力，這屬于“內(nèi)約束”。

在公路橋梁工程的施工過程中，護(hù)欄混凝土容易出現(xiàn)約束應(yīng)力，而橋梁的橋墩部位則經(jīng)常出現(xiàn)自生應(yīng)力。在實(shí)踐中，約束應(yīng)力、自身應(yīng)力、干縮應(yīng)力會在同一時間起作用，這會給施工人員帶來一定阻礙，影響施工人員對溫度應(yīng)力位置的判斷。

2.2 混凝土溫度應(yīng)力產(chǎn)生的過程

在公路橋梁的施工過程中，混凝土溫度應(yīng)力的產(chǎn)生過程是比較規(guī)律的，在不同時間段，混凝土的溫度應(yīng)力會展現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。作為施工人員，需要掌握混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力產(chǎn)生的過程，在不同階段采取不同的施工工藝，減少溫度應(yīng)力的影響。從混凝土澆筑到混凝土結(jié)構(gòu)投入使用，溫度應(yīng)力可以分為以下三個階段：

2.2.1 初期階段

初期階段是指混凝土澆筑完成直到散熱基本結(jié)束的時間段，大約30 天的時間。在初期階段，混凝土不但會散發(fā)大量的水化熱，其自身的彈性模量也會急劇變化，產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

2.2.2 中期階段

在中期階段，混凝土放熱作用已經(jīng)基本結(jié)束，溫度會逐漸穩(wěn)定，這一時期的溫度應(yīng)力主要來源于外界的氣溫變化，這種應(yīng)力會和早期階段的殘余應(yīng)力結(jié)合起來，最終造成混凝土裂縫。

2.2.3 后期階段

在后期階段，公路橋梁工程中的混凝土結(jié)構(gòu)在溫度上已經(jīng)完全穩(wěn)定，溫度應(yīng)力來源于外界溫度變化，該應(yīng)力容易和前兩個階段的應(yīng)力形成合力，這是造成混凝土裂縫的主要原因。

3 公路與橋梁施工中混凝土溫度的控制方法

在公路與橋梁工程的施工中，混凝土裂縫的成因是多樣化的，以溫度應(yīng)力為主?？刂苹炷恋臏囟?、濕度具有較高的技術(shù)要求，需要施工人員采取科學(xué)的控制手段。在溫度控制方面，施工人員需要降低混凝土內(nèi)部和表面的溫度差，降低混凝土的降溫速率、升溫速率。如果涉及新舊混凝土結(jié)構(gòu)，施工人員還需要控制好新澆筑混凝土和舊混凝土構(gòu)件的溫差。在現(xiàn)場施工當(dāng)中，施工人員需要從原材料配比、混凝土拌和、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等方面入手，科學(xué)控制混凝土溫度。

3.1 科學(xué)選擇原材料

在公路橋梁施工中，原材料的質(zhì)量直接決定了施工質(zhì)量，科學(xué)選用原材料是控制混凝土結(jié)構(gòu)溫度的前提和基礎(chǔ)。施工單位需要高度重視混凝土原材料，盡量選用低水化熱的水泥，或使用低熱微膨脹型水泥，配合潔凈、堅(jiān)固的骨料，加強(qiáng)對原材料的檢驗(yàn)，為后期的混凝土施工奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 優(yōu)化混凝土的配比及拌和

混凝土的配比和拌和對后期的溫度控制產(chǎn)生重要影響。首先，在混凝土的配比中，施工人員需要結(jié)合道路橋梁工程中不同部位混凝土的性能、承載能力、質(zhì)量要求，確定出不同的配合比。為達(dá)到這一目標(biāo)，施工人員需要掌握公路橋梁工程的建設(shè)需求，嚴(yán)格按照公路橋梁工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)選擇混凝土的配合比。其次，在混凝土拌和中，施工人員需要嚴(yán)格控制水量，通過控制水量的方法來降低溫度。在攪拌工藝上，施工人員可以采用二次投料的凈漿裹石工藝、砂漿裹石工藝，減少水化熱，提高混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，這兩種方法能夠使混凝土的強(qiáng)度提高10%，同時節(jié)省5%的水泥。

3.3 在夏季做好散熱措施

在公路橋梁工程的施工中，施工人員需要充分考慮外界的氣溫因素做好相關(guān)措施。夏季氣溫較高，散熱是最重要的施工措施，工作人員需要通過多種手段幫助混凝土散熱。在混凝土澆筑時，工作人員要減少混凝土的澆筑厚度，幫助混凝土通過表層完成散熱。在第一層混凝土凝固之前，施工人員需要完成第二次的澆筑工作，合理安排混凝土的澆筑時間，提高澆筑質(zhì)量。通常情況下，夏季施工可以在早上和傍晚進(jìn)行混凝土澆筑，避免中午澆筑，這樣才能幫助混凝土散熱，有效預(yù)防溫度裂縫。

3.4 在冬季做好保溫措施

在混凝土結(jié)構(gòu)的施工中，冬季需要全程做好保溫、防凍、防風(fēng)等措施。在材料選用上，混凝土結(jié)構(gòu)的施工需要選用水泥、粉煤灰、高效減水劑等。施工人員需要事先將這些材料存放在棚中，進(jìn)行預(yù)熱保溫。在拌和階段，施工人員可以添加熱水，還可以對骨料進(jìn)行加熱，運(yùn)用蒸汽加熱、電加熱等方法，滿足混凝土的保溫需求。在冬季施工中，施工人員需要確保混凝土拌和物出機(jī)溫度達(dá)到10C，入模溫度保持在5C 以上。在混凝土的運(yùn)輸過程中，運(yùn)輸人員需要在做好保溫、防風(fēng)措施的基礎(chǔ)上，保證運(yùn)輸工具嚴(yán)密、無漏漿，最大程度地減少熱量散失。針對橋面預(yù)制板來說，施工人員可以用雙層薄膜搭建暖棚，罩住預(yù)制完成的橋面板，并在暖棚內(nèi)布置油燈，用油燈來加熱，防止混凝土受凍。

3.5 利用水循環(huán)進(jìn)行降溫

混凝土?xí)a(chǎn)生水化熱現(xiàn)象，因此，在混凝土結(jié)構(gòu)的施工過程中，施工人員需要做好降溫措施。為達(dá)到良好的降溫效果，施工人員可以利用水循環(huán)的方法加快散熱。水循環(huán)的方法能夠通過冷水管對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行降溫，施工人員需要在混凝土的施工地點(diǎn)提前埋設(shè)水管，然后注入冷水。水循環(huán)的方法能夠達(dá)到良好的降溫效果，是一種科學(xué)有效的降溫措施，能夠預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)的溫度裂縫，進(jìn)一步提高施工質(zhì)量。

3.6 在后期養(yǎng)護(hù)中進(jìn)行保溫

混凝土的養(yǎng)護(hù)工作直接決定了混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，在養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，施工人員需要做好保溫和保濕等措施，才能有效減少混凝土裂縫。在實(shí)踐中，公路和橋梁工程通常需要使用大量的大體積混凝土，這些混凝土更容易產(chǎn)生裂縫，對保養(yǎng)的技術(shù)要求也更高。針對大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，施工人員需要在澆筑完成后的12h 內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，把握好最佳的養(yǎng)護(hù)時機(jī)，完成澆水、覆蓋等操作，養(yǎng)護(hù)工作長達(dá)14d，施工人員必須要嚴(yán)格按照養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，確保養(yǎng)護(hù)時限。在養(yǎng)護(hù)過程中，施工人員可以使用塑料布等材料塑造一個保溫層，幫助混凝土保溫保濕，使混凝土的表面更加溫潤。在降溫階段，施工人員同樣需要控制好保溫層，使混凝土結(jié)構(gòu)的降溫速度放緩。

4 公路與橋梁施工中混凝土裂縫的修補(bǔ)措施

在公路與橋梁工程中，混凝土結(jié)構(gòu)是重要構(gòu)件，如果混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，就會影響整個工程的美觀性、安全性，縮短公路橋梁的使用年限。首先，混凝土裂縫會使雨水滲入，加速鋼筋混凝土的腐蝕速度，降低整個混凝土結(jié)構(gòu)的防滲漏能力，影響混凝土的耐久性。其次，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫還會影響公路橋梁的承重能力和服務(wù)功能，引發(fā)其他更加嚴(yán)重的病害，例如沉降等。針對溫度裂縫問題，施工人員需要做好早期的預(yù)防，在施工過程中預(yù)防溫度裂縫。針對已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫，需要加強(qiáng)檢查，結(jié)合裂縫產(chǎn)生的部位、裂縫的寬度和深度，采取科學(xué)的修補(bǔ)措施，避免裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大。

4.1 表面處理法

表面處理法可以細(xì)分為表面涂抹法和表面貼補(bǔ)法。在公路橋梁工程的使用過程中，一些混凝土結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)細(xì)淺的裂縫，這些溫度裂縫不漏水，深度沒有達(dá)到鋼筋表層，不會繼續(xù)活動、伸縮，可以應(yīng)用涂抹法應(yīng)對。針對裂縫面積較大、不易確定漏水位置的裂縫，施工人員可以采取表面貼補(bǔ)法，使用土工膜或其他防水片，通過貼補(bǔ)的手段防滲堵漏。表面修補(bǔ)法適用于寬泛性較小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的混凝土溫度裂縫，能夠起到良好的修復(fù)效果，減少裂縫的危害。

4.2 填充法

混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫后，施工人員可以運(yùn)用填充法來修補(bǔ)裂縫，該方法通常用于較寬裂縫的修補(bǔ)當(dāng)中，具有作業(yè)工序簡單、成本低等特點(diǎn)，在實(shí)踐中應(yīng)用廣泛。有些混凝土裂縫中存在填充物，難以應(yīng)用填充法完成裂縫修補(bǔ)，工作人員可以對裂縫進(jìn)行簡單處理，在裂縫部位開出“V 型槽”，然后再完成填充。

4.3 灌漿法

灌漿法是將漿液注入裂縫中，改善混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫修補(bǔ)方法。該方法能夠封填裂縫、堵截流水、降低滲透性、提高混凝土的抗?jié)B能力、降低孔隙壓力。在實(shí)踐中，施工人員使用鉆機(jī)、灌漿設(shè)備、過濾管等工具，按照規(guī)范的順序完成灌漿。灌漿法適用范圍較廣、效果良好，無論是細(xì)微裂縫還是大裂縫，都可以應(yīng)用灌漿法。

4.4 結(jié)構(gòu)加固法

混凝土結(jié)構(gòu)是公路和橋梁工程中的重要結(jié)構(gòu)，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫影響公路橋梁的整體結(jié)構(gòu)性能時，就需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，完成裂縫修補(bǔ)。在實(shí)踐中，結(jié)構(gòu)加固法根據(jù)操作手段不同，分為增設(shè)支點(diǎn)加固、粘貼鋼板加固、采用預(yù)應(yīng)力法加固等，這些方法能夠?qū)炷恋恼w結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，同時增強(qiáng)公路橋梁的結(jié)構(gòu)性能。

4.5 置換法

置換法主要應(yīng)用于混凝土損壞嚴(yán)重、溫度裂縫面積較大的情況，施工人員將嚴(yán)重?fù)p壞的混凝土結(jié)構(gòu)清理干凈，然后重新澆筑，這種方法費(fèi)用較高，對澆筑技術(shù)的要求也較高，施工人員需要結(jié)合實(shí)際情況，判斷是否應(yīng)用置換法。

5 結(jié)語

當(dāng)前，很多公路橋梁工程應(yīng)用大體積的混凝土結(jié)構(gòu)，這些混凝土結(jié)構(gòu)在整個公路橋梁工程中承擔(dān)著重要作用?；炷猎牧系奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)比較特殊，容易產(chǎn)生溫度裂縫，施工人員需要在原材料選擇、混凝土攪拌、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)中預(yù)防溫度裂縫，同時在后期做好裂縫修補(bǔ)工作。混凝土裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，外力因素以及溫度應(yīng)力都會誘發(fā)裂縫，在施工過程中，施工人員需要結(jié)合外界的溫度做好散熱措施或保溫措施，優(yōu)化混凝土的原材料，改進(jìn)攪拌工藝，優(yōu)化澆筑過程，開展后期養(yǎng)護(hù)，才能預(yù)防裂縫。