談溫度在混凝土路面施工中的影響

梁 磊

(潞城市交通運輸局，山西潞城 047500)

混凝土在現代工程建設中占有重要地位，具有穩定性好、承載力強、日常維護費用低、使用壽命長等諸多優點，被廣泛應用于道路建設當中。然而，受多種因素的影響，仍然出現了裂縫等多種問題，其中溫度對建設質量的影響很大，這些都是施工過程中需要解決的問題［1］。本文對溫度在路面施工中的影響進行了分析，并給出了改進施工質量的溫度控制措施。

1 溫度對混凝土拌合水量、坍落度的影響

坍落度是指混凝土是否易于施工操作和具有均勻密實的綜合性能，包含流動性、粘聚性和保水性。在拌合水量不變的情況下，環境溫度和混凝土出機溫度越高，混凝土中水分的蒸發速度越快，水泥早期的水化速度也就越快，坍落度也就越小。

圖1為溫度對于坍落度的影響。依據施工現場總結的規律，一般情況下混凝土溫度提高4℃，坍落度大約減少15mm，若要使坍落度保持不變，則需要增加3kg～5kg的拌合水。

2 溫度對混凝土強度的影響

溫度對混凝土強度的影響主要有3方面:1)水化反應的速度;2)混凝土內部結構特性;3)蒸發和干燥速率。通常情況下溫度高，加快了混凝土早期的水化反應速度，使早期強度增加較快［2］。然而溫度越高，水分蒸發速度加快，水化反應過程中可利用的水分減少，延緩了水化反應的進程，甚至引起水化反應完全停止，導致混凝土的后期強度的增進率減小。

圖1 溫度對混凝土坍落度影響圖

圖2為溫度對混凝土強度影響圖，從圖中可以看出，溫度在4℃～23℃之間的混凝土后期強度較養護溫度在32℃～49℃之間的高。這是由于早期較快的水化反應使水化產物不均勻，水化產物稠密程度低的區域強度薄弱，從而降低了結構的整體強度，水化產物稠密程度高的區域，水化物會包裹在水泥顆粒的周圍，妨礙了水化反應的速度，對后期強度產生不利影響。溫度較低的情況下，水化反應速度較慢，卻使其有足夠的擴散時間，從而使水化產物能夠均勻分布，提高了混凝土強度。

圖2 溫度對混凝土強度影響圖

3 溫度對混凝土裂縫的影響

3.1 混凝土裂縫基本概念

混凝土路面施工過程中，由于受溫度等因素的影響會產生裂縫，分為微觀裂縫和宏觀裂縫，以寬度0.05mm為界［3］。微觀裂縫主要指沿骨料周圍出現的骨料與水泥石粘結面上的粘著裂縫，以及出現在骨料與骨料之間的水泥漿中的骨料裂縫。宏觀裂縫是微觀裂縫擴展的結果，一般肉眼可見。

3.2 混凝土早期裂縫產生機理

按水化反應進程，可將混凝土的成型發展分為四個階段:1)塑性階段:從澆搗完成開始至終凝完成的時段，對普通混凝土一般約為6h～12h的時段。該階段中，混凝土處于塑性流變階段，水化反應劇烈，物理化學性質都極不穩定，體積變化強烈。2)早前期階段:一般指12h～72h的時段。該階段中，水化進程過半，混凝土內部形成了基本的微觀結構體系，強度和剛度發展極為迅速。3)早期階段:一般指72h～90d的時段。該階段中，水化過程基本結束，混凝土的強度和剛度發展減緩而趨于成熟。4)成熟階段:一般指90d以后的時段。該階段中，仍有極微弱的水化過程繼續，混凝土強度和剛度的發展達到穩定狀態。

溫度直接影響著水化反應的速度和水的蒸發速度，水化反應可以生成大量的熱，這些都將引起混凝土的脹縮變形，從而導致裂縫的產生［4］。溫度引起的混凝土收縮變形主要包含有以下幾種:1)自身脹縮:發生在水泥硬化過程的早前期階段，源于混凝土內部尚未完全水化的水泥顆粒的繼續反應消耗自由水，不與環境介質接觸。高性能混凝土因水灰比較低，后續水化產生的自收縮量值較高。2)化學脹縮:混凝土的脹縮發生在塑性階段，由水泥水化反應決定。雖然體積變化量很大，但由于混凝土尚未硬化，所以在路面施工時不會影響后期質量。3)溫度脹縮:溫度脹縮主要是在混凝土初凝之后，水泥水化熱的釋出量逐漸減少，導致稍后階段與外界發生熱交換后混凝土中的溫度降低而產生的。此外，隨外界環境溫度變化的脹縮也是一個主要因素。4)干燥脹縮:發生在早期階段，由于水分的散失而導致的干燥收縮，是造成收縮裂縫的主要原因。水分散失既包括大氣蒸發，也包括地基土壤的吸收。

4 溫度控制與施工質量改進

4.1 影響溫度的因素

混凝土路面施工過程中，受環境溫度和混凝土出機溫度的影響，我國南方和北方氣候差異性大，環境溫度變化大，經常會遇到極寒和極熱氣候。在施工過程中，新拌混凝土的出機溫度受拌合水、骨料、水泥等材料的影響很大，例如拌合水從單位重量上來講對混凝土溫度的影響最大，水泥在生產過程中由于機械熱，在運輸存儲過程中熱量損耗低，散裝水泥在交付使用時溫度較高。這些都造成了施工過程中可能出現較大的溫度差別。

4.2 溫度控制措施

溫度對混凝土施工質量影響很大，對施工溫度進行人為干預，可以大大改進施工質量［5］。溫度控制可采取以下幾種措施:

1)表面防護:規劃合理的拆模時間，進行表面保護，以免混凝土表面出現劇烈的溫度梯度;施工中長期暴露的混凝土薄壁結構或澆筑塊表面，在嚴寒氣候條件下要采取保溫措施，在高溫環境下可采取遮陰措施等。

2)降低澆筑溫度:在施工環境溫度較高時，可在拌和混凝土時加水或用水將骨料冷卻，降低混凝土的澆筑溫度，必要時可夜間澆灌。

3)改善骨料級配:采用干硬性混凝土，摻混合料，加入塑化劑或引氣劑等措施，以減少混凝土施工中的水泥用量，從而減少水化熱，降低混凝土的溫度。

4)冷卻水降溫:在混凝土中埋設水管，通過冷卻水降溫。

5)減小澆筑厚度:高溫環境澆筑混凝土時，可減少澆筑厚度，利用澆筑層面加快散熱。

在施工過程中，還可以采取改善混凝土的約束條件，合理的分縫分塊和安排施工工序，防止混凝土起伏過大，避免過大的高差和側面長期暴露。這些措施將進一步提高混凝土施工質量。

5 結語

溫度是影響混凝土路面施工質量的重要因素，對溫度進行人為干預控制，可大大提高混凝土強度，減少裂縫的出現。溫度控制要從原材料等內部因素，以及施工方法和施工工藝等外部因素入手，再配以其他各種必要措施，即可大大提高路面混凝土施工質量，減少甚至避免裂縫等質量問題的出現。

［1］張國學，劉曉航.溫度對混凝土材料性能的影響［J］.華東公路，2000(1):56-57.

［2］于 蕾，張金喜.水泥混凝土路面施工養護措施的可行性及有效性［J］.北京工業大學學報，2012，38(2):213-218.

［3］陳 雷，趙 冰，費永亮.混凝土的施工溫度與裂縫［J］.中國礦業，2007，16(6):94-96.

［4］苗 苗，米貴東，閻培渝.養護溫度和粉煤灰對補償收縮混凝土膨脹效能的影響［J］.硅酸鹽學報，2012，40(10):1427-1430.

［5］段紅波.水泥混凝土路面溫度應力面向對象的有限元分析［D］.大連:大連理工大學，2000:4-10.