公路橋梁混凝土的施工溫度與裂縫防治

彭銳

（江西省公路工程有限責(zé)任公司，江西 南昌 330000）

0 引言

混凝土在公路橋梁工程施工建設(shè)中占據(jù)著重要地位，主要成分為集料、水泥、外加劑與水等，在剛性、穩(wěn)定性方面表現(xiàn)突出，十分契合公路橋梁項目對耐久性的需求。然而隨著混凝土施工規(guī)模日漸增大，再加上混凝土結(jié)構(gòu)受到溫度因素的影響非常明顯，一旦對施工溫度無法合理控制，必定會產(chǎn)生應(yīng)力裂縫，從而影響公路橋梁項目的穩(wěn)定性與安全性。由此可見，在公路橋梁混凝土施工中一定要把控好施工溫度，有效防治溫度裂縫，這對于保障公路橋梁項目完整性而言意義重大。

1 溫度應(yīng)力的形成及影響

混凝土施工中溫度應(yīng)力的形成主要可從三個時期進(jìn)行分析：第一，早期，即從混凝土澆筑開始至混凝土熱量釋放結(jié)束期間，通常來講這一時期的持續(xù)時間長達(dá)30 天左右，在此期間水泥會釋放大量的水化熱，不僅會嚴(yán)重影響混凝土的彈性模量，而且會促使其出現(xiàn)劇烈反應(yīng)，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部生成應(yīng)力；第二，中期，即混凝土熱量釋放結(jié)束至混凝土性質(zhì)趨于穩(wěn)定期間，此階段混凝土彈性模量盡管變化不太顯著，但溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力同樣存在，與早期余下的應(yīng)力會相互作用[1]；第三，晚期，即混凝土完全冷卻之后，這一時期的溫度應(yīng)力產(chǎn)生主要來源于外界溫度的驟然變化，并且混凝土晚期產(chǎn)生的應(yīng)力同樣會與前期重疊，共同對混凝土產(chǎn)生作用。

溫度應(yīng)力對混凝土產(chǎn)生的影響基本表現(xiàn)在兩個方面：第一，約束應(yīng)力。外部因素會影響結(jié)構(gòu)邊界，同時還會抑制其形變，從而產(chǎn)生應(yīng)力，該類型的溫度應(yīng)力一般會與干縮應(yīng)力重疊，對混凝土共同形成影響。第二，自生應(yīng)力。結(jié)構(gòu)邊界因為缺少力量對其約束，所以混凝土結(jié)構(gòu)會始終處在失穩(wěn)狀態(tài)，在此狀態(tài)下如果混凝土內(nèi)部出現(xiàn)非線性分布，則會因為結(jié)構(gòu)本身力量的相互制約而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。

2 公路橋梁混凝土裂縫的產(chǎn)生原因

2.1 混凝土本體出現(xiàn)自縮

在公路橋梁工程建設(shè)中，混凝土構(gòu)件本體同樣會出現(xiàn)自縮反應(yīng)，而這一反應(yīng)程度與混凝土原材料的選用關(guān)系較大。其一，水泥。水泥是導(dǎo)致混凝土自縮的主要原因之一，一般水泥硬化期間會消耗與蒸發(fā)掉20%的水分，而其他水分會在后期不斷流失，水分的不斷減少與混凝土自縮的平衡關(guān)系便會打破。在公路橋梁項目施工中，倘若水泥中的水分蒸發(fā)過大且超過了混凝土本體的自縮值，便會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的混凝土裂縫問題。其二，外加劑。外加劑的應(yīng)用也會影響混凝土自縮，作為提升混凝土材料某些功能屬性的物質(zhì)，能夠保證混凝土澆筑的密實度，而不同類型、不同用量的外加劑，也會對混凝土形成不同影響，所以要防范混凝土的自縮，就要對外加劑合理使用[2]。另外，在混凝土材料中含有礦物質(zhì)材料，相較于外加劑而言，礦物質(zhì)本身并不會影響混凝土，但會因為投放量的不合理而影響水泥自縮值，也就對混凝土材料性能形成間接影響，造成裂縫。

2.2 施工準(zhǔn)備工作不充分

對混凝土質(zhì)量形成影響以及產(chǎn)生混凝土裂縫的主要原因中，材料配合比屬于關(guān)鍵因素，而部分施工方在施工準(zhǔn)備階段關(guān)注不夠，沒有嚴(yán)格按照配合比標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混凝土配置，如水泥摻加量、需水量計算不合理，致使混凝土漿體中的水泥、含水量處在失衡狀態(tài)，這一情況會直接影響混凝土的穩(wěn)定性，進(jìn)而出現(xiàn)離析現(xiàn)象，從而產(chǎn)生混凝土裂縫。此外，在對混凝土進(jìn)行配制的過程中，部分人員對拉應(yīng)力的影響不夠重視，所以在工作中出現(xiàn)失誤導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生巨大拉應(yīng)力，一旦拉應(yīng)力超過混凝土本身的承載極限，那么裂縫產(chǎn)生概率便會急劇上升。

2.3 混凝土的水化熱反應(yīng)

在混凝土施工過程中，水化熱反應(yīng)屬于十分常見的現(xiàn)象，施工中水泥會釋放一定熱量，熱量會跟隨混凝土澆筑傳導(dǎo)至公路橋梁的混凝土構(gòu)件內(nèi)部。如果公路橋梁工程的混凝土施工規(guī)模較大，那么內(nèi)部熱量將很難及時散發(fā)出去，再加上混凝土澆筑的路面防護(hù)體系要保持在較厚的水準(zhǔn)，才能保證路面的聚合作用，這種情況下水化熱中釋放出的熱量也會難以及時散出，久而久之便會導(dǎo)致公路橋梁內(nèi)外溫差較大[3]。一旦內(nèi)外溫度應(yīng)力超過了混凝土的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，破壞便應(yīng)運而生，公路橋梁裂縫也就此形成。

2.4 外界環(huán)境變化直接影響

相較于其他結(jié)構(gòu)形式而言，公路橋梁項目中的混凝土結(jié)構(gòu)具有較強的穩(wěn)定性與耐久性。但是在施工過程中，混凝土無法避免地會受到熱脹冷縮效應(yīng)的影響，一旦施工過程中外界環(huán)境發(fā)生變化，混凝土結(jié)構(gòu)本體也會直接受到影響。如果溫度驟然升高，混凝土表面溫度跟隨升高，水分蒸發(fā)加快，容易形成干縮裂縫；而如果溫度驟然降低，混凝土結(jié)構(gòu)表層外部溫度變低，內(nèi)部溫度依舊很高，則會因為內(nèi)部出現(xiàn)熱力膨脹而產(chǎn)生溫差裂縫。另外，在混凝土澆筑完工后期的養(yǎng)護(hù)階段，施工方一般會對混凝土進(jìn)行降溫或保溫操作，但是一般在高溫季節(jié)時混凝土內(nèi)部溫度很難在短時間內(nèi)降低，而一旦冷水遭遇高溫，便會產(chǎn)生較大溫差，因此產(chǎn)生溫差拉應(yīng)力，也會加速裂縫的形成。

3 公路橋梁混凝土的施工溫度與裂縫防治措施

公路橋梁混凝土在施工中出現(xiàn)溫度裂縫的情況無法避免，但可通過采取妥當(dāng)?shù)姆乐未胧┙档土芽p形成概率?？傮w來講，公路橋梁混凝土的施工應(yīng)當(dāng)從準(zhǔn)備階段、施工階段、養(yǎng)護(hù)階段著手進(jìn)行全面考量，制定科學(xué)合理的溫度控制措施及裂縫防治方案，保證裂縫能控制在可控范圍內(nèi)，保證混凝土結(jié)構(gòu)強度與質(zhì)量符合公路橋梁工程項目要求。

3.1 優(yōu)化混凝土配合比

在施工前期準(zhǔn)備階段，一定要對混凝土原材料進(jìn)行科學(xué)合理的配置，特別是在選擇水泥材料方面，要盡可能選用水化熱偏低的水泥，一般可用火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、礦渣水泥等，均可作為公路橋梁項目混凝土的原材料。選好材料還要對配合比進(jìn)行多輪試驗，最終確定最佳配比方案。以粉煤灰混凝土舉例，粉煤灰的主要成分有SiO2、Al2O3、CaO 以及MgO 等。在高溫條件下，SiO2、Al2O3、CaO 的活性表現(xiàn)較高，所以這三者的含量要確保在70%以上[4]。粉煤灰顆粒的粒徑要確保在45μm 以下，玻璃微珠粒徑在10～30μm 之間，倘若需要配置C40 以上等級的混凝土，要選用超細(xì)粉煤灰。此外，因為粉煤灰的結(jié)構(gòu)顆粒有差異，所以需水量也會有所不同，其中密實玻璃體顆粒的需水量較小，反之則越大，所以要根據(jù)粉煤灰的顆粒結(jié)構(gòu)判定其需水量的多少。

選擇好用粉煤灰之后，則要對配合比進(jìn)行試驗，為了確?；炷翐碛辛己玫暮鸵仔员憩F(xiàn)，需要加入一定量的減水劑，并且提前進(jìn)行水泥、粉煤灰、減水劑的相容性試驗，關(guān)注坍落度、泌水性、擴展度、流淌時間等重要指標(biāo)，將坍落度把控在180～220mm 之間，相對壓力泌水性要小于40%，擴展度要超過470mm，流淌時間把控在8～30s 之間。如果上述指標(biāo)均合格，則代表水泥、粉煤灰、減水劑擁有良好相容性，施工中不會出現(xiàn)驟然凝結(jié)或假凝的情況。經(jīng)過配合比試驗與方案選擇，最終選擇28d 齡期的粉煤灰混凝土配合比，如果強度要求C40 等級，水泥等級42.5 時，每立方米需水量為185kg、水泥為385kg、粉煤灰為75kg、河砂為720kg、石子1080kg 以及外加劑4.6kg，按照該配合比，能夠保證混凝土的坍落度在160～180mm 之間[5]。

3.2 做好施工過程的溫度控制

3.2.1 設(shè)置測溫管

公路橋梁的混凝土施工過程必須對溫度進(jìn)行動態(tài)化監(jiān)測，進(jìn)而確保能夠及時采取降溫或者保溫措施，實現(xiàn)溫差合理把控而抑制裂縫產(chǎn)生。所以，施工方要根據(jù)公路橋梁工程項目的現(xiàn)實情況，尤其是混凝土施工規(guī)模，將構(gòu)建分成上、中、下三個層次，在其中設(shè)置適量的測溫管，并且要根據(jù)施工要求對混凝土的施工環(huán)境和構(gòu)件本體的溫度進(jìn)行定時檢測，記錄好數(shù)據(jù)。一旦察覺混凝土構(gòu)件的內(nèi)外溫度差大于25℃，就需要采取合理的穩(wěn)控措施，有效避免混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3.2.2 優(yōu)選混凝土澆筑、振搗、攤鋪工藝

混凝土澆筑施工中，施工方需要結(jié)合現(xiàn)實情況確定選擇連續(xù)推移澆筑還是分層澆筑，但不管選擇哪一種，澆筑施工需要不間斷進(jìn)行，避免出現(xiàn)裂縫。在攤鋪過程中，要嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行操作，把控攤鋪厚度。如果選擇泵送方式進(jìn)行混凝土輸送，攤鋪厚度不得超過60cm；如果采取其他輸送方式，則攤鋪厚度不要超過40cm[6]。此外，對混凝土澆筑施工流程要合理確定，保證資源配置合理高效，實現(xiàn)各道工序的有序銜接?；炷翝仓瓿珊?，施工人員要進(jìn)行二次振搗，將混凝土內(nèi)部氣泡、水分等排出，能有效提升混凝土構(gòu)件的強度。

3.2.3 做好混凝土降溫與保溫措施

在氣溫較高的氣候環(huán)境下開展混凝土的制備、運輸、澆筑等施工，一定要重視溫度控制措施的合理應(yīng)用。一般來講，會選擇用水沖刷進(jìn)行物理降溫，有效降低混合料中的砂石溫度。另外，遮陽棚能避免陽光對混凝土的直射，也能起到一定的降溫效果。在混凝土的輸送過程中，要把控輸送距離與時間，則可在車廂進(jìn)行遮陽降溫。

另外，對于混凝土分層澆筑的厚度要重點把控，便于混凝土內(nèi)部熱量能夠盡快揮發(fā)，因此應(yīng)盡可能選擇在氣溫較低的夜間或清早進(jìn)行澆筑，同時盡量降低混凝土入模溫度，均可有效防范混凝土的溫度裂縫。

混凝土施工要盡可能規(guī)避氣溫較低的天氣環(huán)境，否則容易因為混凝土內(nèi)部溫差較大而形成較大拉應(yīng)力，從而出現(xiàn)溫度裂縫。倘若因為工期緊張而必須在低氣溫條件下澆筑混凝土，則要優(yōu)化工序，盡可能縮短混凝土在泵送管中的停留時間，同時隨時關(guān)注混凝土的入模溫度，保證溫度超過5℃，避免因為混凝土溫度驟降而硬化，導(dǎo)致泵送管堵塞，嚴(yán)重影響混凝土澆筑作業(yè)的連續(xù)性。另外，在氣溫較低的冬季，混凝土初凝一般需要8～10h 的時間，終凝則要12～14h，所以需要對抹面作業(yè)起始時間合理控制，保證在初凝完成前進(jìn)行2 次抹平與1 次壓實，可有效避免混凝土構(gòu)件的表面裂縫。對拆模時間也要科學(xué)把控，關(guān)注混凝土構(gòu)件的掉角、黏模情況。

3.3 做好養(yǎng)護(hù)階段的溫控工作

3.3.1 科學(xué)選擇養(yǎng)護(hù)手段

公路橋梁混凝土澆筑完工之后，施工方需要結(jié)合環(huán)境溫度等條件確定科學(xué)的養(yǎng)護(hù)措施，如果是在溫度較高的夏季施工，則要進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)；如果是在溫度較低的冬季施工，要做好保溫養(yǎng)護(hù)。

3.3.2 利用冷卻管進(jìn)行降溫

混凝土澆筑完成后，構(gòu)件內(nèi)部會立馬釋放大量熱量，所以會出現(xiàn)溫度急劇升高的情況。而夏季外部環(huán)境溫度較高，所以混凝土構(gòu)件溫度升高更顯著，因此一定要及時降溫。為了降低混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的概率，應(yīng)當(dāng)提前將冷卻管埋設(shè)在混凝土構(gòu)件內(nèi)部。待混凝土構(gòu)件澆筑完成后，倘若內(nèi)部熱量釋放較多而導(dǎo)致溫度急劇升高，則開啟冷卻管閥門，以水冷方式將水流導(dǎo)進(jìn)混凝土構(gòu)件內(nèi)部，再通過冷卻管出口將水排出。施工過程中，冷卻管內(nèi)部進(jìn)出水速度及溫度要合理控制。通常來講，溫度控制在10℃之內(nèi)，水流速度控制在1500L/h 左右。此外，還要對水口位置合理確定，避免水流排出影響混凝土澆筑成型。待混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)完工后，要采取注漿、真空壓漿等手段填充冷卻管空間，防止影響混凝土構(gòu)件的完整性和強度。

3.3.3 低溫期間的保溫養(yǎng)護(hù)

如果混凝土施工時間選擇在氣溫較低的冬季，在完成澆筑施工后要及時將保溫材料覆蓋在混凝土構(gòu)件表面，以保溫保濕的作用防止混凝土構(gòu)件裂縫的產(chǎn)生，一般可用隔熱毯、塑料膜、草簾等。同時，也要根據(jù)環(huán)境溫度的高低調(diào)整保溫材料的覆蓋厚度，尤其是對于混凝土構(gòu)件的邊角部位，一定要重點保溫。如果條件允許，施工方可選擇蒸汽養(yǎng)護(hù)法，能夠更有效地通過溫控抑制裂縫產(chǎn)生。

3.4 加強混凝土約束力把控

在公路橋梁工程施工中，地基會對其穩(wěn)定性與安全性形成直接影響。通常來講倘若地基在水平方向出現(xiàn)位移或在垂直方向發(fā)生沉降，均會對公路橋梁工程項目的質(zhì)量形成負(fù)面影響，所以必須采取相關(guān)措施控制好混凝土約束力[7]。具體來講，地基基礎(chǔ)約束力控制措施需重視如下幾點：第一，減弱混凝土構(gòu)件內(nèi)部約束。因為在混凝土實施過程中，其內(nèi)部溫度升高會直接影響材料的約束力，所以要采取保溫措施弱化溫度對內(nèi)應(yīng)力的影響，進(jìn)而降低對混凝土構(gòu)件的負(fù)面影響。第二，在對外部地基約束力的控制過程中，要重點控制混凝土澆筑厚度，如此能減輕混凝土對地基的影響，并且也能確保內(nèi)外溫度保持平衡。第三，約束力把控還要重視移動層的優(yōu)化設(shè)置，要保證移動層與混凝土結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)，防止公路橋梁出現(xiàn)裂縫。值得注意的是，混凝土施工完成后，要進(jìn)行抗裂性能的計算，倘若是全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，其抗應(yīng)力必須滿足一定條件，具體如表1所示。

表1 全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件抗裂性能表

4 結(jié)語

綜上所述，公路橋梁混凝土裂縫的形成與溫度因素有著內(nèi)在聯(lián)系，結(jié)合文章分析，在施工準(zhǔn)備階段需要優(yōu)化混凝土配合比，嚴(yán)控水泥、水、砂石等材料的用量；在施工階段要重視各項降溫措施的及時應(yīng)用，確保混凝土構(gòu)件內(nèi)外溫差在25℃左右；在養(yǎng)護(hù)階段要根據(jù)混凝土施工規(guī)模大小選擇恰當(dāng)?shù)姆椒?，做好混凝土?nèi)部結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測。此外，施工單位需要密切關(guān)注項目所在地的氣候特點與溫度變化走勢，厘清溫度與混凝土裂縫產(chǎn)生的關(guān)系，從科學(xué)施工著手，保障公路橋梁混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定性與安全性。