公路與橋梁混凝土施工溫度與裂縫防治分析

摘要：施工溫度是影響公路與橋梁混凝土工程建設的主要因素之一。施工溫度若控制不合理，容易使得公路橋梁產生裂縫，影響道路的穩定性和安全性。文章在闡述溫度應力對公路與橋梁的影響基礎上，分析了公路與橋梁混凝土裂縫的發生機理，并提出混凝土溫差裂縫防治策略。

關鍵詞：混凝土;施工溫度;裂縫

文獻標識碼：U418.6-A-09-024-3

0 引言

混凝土是公路與橋梁工程建設的重要材料，從結構形態來看，其具有較為突出的剛度和穩定性，能夠充分滿足公路與橋梁項目的耐久性需要。然而混凝土結構受溫度影響較大，一旦不能合理地控制施工溫度，勢必導致道路產生裂縫，影響公路與橋梁的穩定性和安全性。本文就公路與橋梁混凝土施工溫度與裂縫防治的對策展開分析。

1 溫度應力對公路與橋梁的影響

約束應力與自生應力是公路與橋梁混凝土裂縫的兩種主要形式。就約束應力而言，其主要是受到外界溫度變化而引起的。具體而言，部分公路與橋梁的建設時間跨度較長，這使得工程溫度變化明顯，施工過程中，已完成施工部分與正在建設部分的固化環境較為惡劣，由此給公路與橋梁結構增加了一定的作用力，影響了結構的整體性。而自應力變化是由混凝土結構本身的特征所引起的，其在建設及使用過程中，本身產生一定的約束作用力，由此對內部結構產生影響，并導致公路與橋梁出現了裂縫。

根據混凝土溫度應力產生的時間差異，人們將混凝土中的溫度應力分為三個階段。早期階段從澆筑混凝土開始，一直持續到混凝土放熱結束（見圖1）。在該階段內，已澆筑的混凝土本身會發生水化熱反應，這使得其內部應力分布發生劇烈變化，影響混凝土的彈性模量。當混凝土放熱結束后，混凝土性質會逐漸趨于穩定，這一時間段為混凝土溫度應力的中期階段。與溫度應力早期階段相比，這一階段的彈性模量變化雖然不夠明顯，但其仍然會產生些許應力，并且這些新產生的應力會與早期階段余下的應力相互重疊，并對公路與橋梁產生綜合作用。溫度應力到達晚期時，材料本身已經完全冷卻，此時，其應力變化主要是由于外界環境變化所引起的。

2 公路與橋梁混凝土裂縫發生機理

2.1 混凝土發生自縮

公路與橋梁工程建設中，混凝土本身會發生一定的自縮反應，這與混凝土原材料的選擇和應用有較大關系。（1）水泥是造成混凝土自縮的重要原因。通常，在水泥硬化過程中，其水分消耗和蒸發量能達到20%，同時，其余的水分會通過末期外部變化進一步流失，這使得水分蒸發與混凝土自縮的平衡關系被打破[1]。工程建設中，一旦水泥中水分蒸發量過大，且明顯超出混凝土的自縮值，則會產生較為嚴重的混凝土裂縫問題。（2）混凝土自縮還與外加劑的應用有一定關系。外加劑應用的目的在于提升混凝土材料自身的功能屬性，在一定程度上，外加劑會影響混凝土的流動速度，確保混凝土澆筑的密實性，然而外加劑類型、用量不同，其對混凝土的影響也就不同，因此為防止混凝土產生自縮裂縫，需注重外加劑和用量的合理選擇。此外，混凝土材料中包含了一定的礦物質材料，與外加劑不同的是，礦物質材料本身不會對混凝土造成影響，然而當用量設計不合理時，水泥的自縮值會受到一定的影響，由此間接影響了混凝土材料的性能，導致公路與橋梁出現裂縫。

2.2 混凝土水化熱反應

水化熱反應是混凝土工程建設中的一種常見現象，項目施工中，水泥會釋放出一定的熱能，這些熱量會隨著澆筑施工傳遞到公路與橋梁混凝土結構內部。當路橋工程混凝土用量較大時，這些熱量很難有效地散發出去，同時，混凝土構造的路面防護體系相對較厚，這使得混凝土路面具有一定的聚合作用，其導致水熱化中釋放的熱量無法及時散出，由此造成了公路與橋梁內外溫度差異較大。當內外溫度應力超出混凝土設計標準時，就會產生一定的破壞，導致公路與橋梁發生裂縫。

2.3 施工環境變化

相比于其他結構形式，混凝土公路與橋梁本身具有較強的穩定性和耐久性。然而在施工中，其不可避免地會受到熱脹冷縮這一自然現象的影響。項目施工中，一旦外界施工環境發生驟然變化，混凝土結構本身也就會受到一定的影響，當溫度升高時，混凝土表面的溫度較高，水分蒸發較快，極易產生干縮裂縫;而當溫度降低時，混凝土結構外部溫度低，內部溫度高，內部熱力膨脹會對外界阻礙形成一定的沖擊，并在一定溫差下產生裂縫。

3 公路與橋梁混凝土溫差裂縫防治

3.1 注重溫度應力變化

公路與橋梁混凝土溫差裂縫防治過程中，首先應控制混凝土溫度應力的變化情況。（1）水泥的拌和會產生一定的熱量，因此在施工中應合理地設計水泥的實際用量，即施工人員應在考慮工程質量標準的基礎上，結合水泥基本屬性進行添加。需注意的是，可通過選用低水化熱水泥進行水化熱溫度控制，如采用f45、f60、f90代替f28水泥等（見表1），這樣能將水泥水化熱反應控制在預期目標之內，減少水化熱對公路與橋梁結構的影響。（2）在溫度控制中，應合理選擇公路與橋梁建設的季節，減少外界溫度因素對混凝土的影響。如遇到惡劣天氣施工時，應做好澆筑混凝土的防曬及避雨處理，防止混凝土結構產生裂縫。此外，隨著現代施工工藝的成熟，人們開始采用強制措施進行混凝土公路與橋梁施工溫度的控制，如在大體積混凝土內部溫度控制中，可采用人工注水的方式平衡混凝土內外溫度，以此來提升工程項目的建設質量。

3.2 優化混凝土抗裂性能

混凝土材料是影響公路與橋梁建設質量的重要因素。在施工過程中，施工人員還可通過優化混凝土抗裂性能的方式進行溫差裂縫控制。（1）在材料選擇中，應注重水泥材料的合理選取，盡可能地減少水泥水分的蒸發量。（2）添加劑影響著水泥的流動速度和自縮值，在混凝土添加劑的選擇中，應考慮添加劑本身的自縮性能，防止施工中出現裂縫現象。當施工條件允許時，可引入一定的金屬纖維，這樣能提升混凝土的抗裂性，并最終提升公路與橋梁工程的施工質量。（3）技術人員應進行行之有效的試驗測試，做好不同比例下材料應用性能的記錄，并從中選擇最優比例的混凝土進行施工，從源頭上保證工程項目建設質量。

3.3 注重約束力控制

地基基礎的約束力控制措施為：

（1）弱化混凝土內部的約束力。這是由于在施工中，混凝土內部溫度增加會使得材料的約束力受到影響，此時，通過保溫措施可使得溫度對內應力的影響降至最低，從而減少其對混凝土結構的影響。

（2）在外部地基約束力控制中，需注重混凝土澆筑厚度的有效控制，這樣既避免了混凝土對地基的影響，同時也有效地保證了內外溫度的均衡。

（3）控制約束力還應注重移動層設置的有效優化，最大限度地確保移動層與混凝土結構的協調性，避免公路與橋梁發生裂縫。需注意的是，完成混凝土橋梁施工后，還應注重橋梁抗裂性能的有效計算。如針對全預應力混凝土構件，其抗應力應滿足以下條件（如表2所示）。

3.4 規范混凝土保養

優化混凝土保養能有效地提升工程項目建設質量，防止其產生施工裂縫。在公路與橋梁工程養護時，防止混凝土表面失水是其控制的核心所在。對此，應注重對混凝土固化過程中失水的有效控制，尤其是混凝土表面，應盡可能地覆蓋保濕膜，防止水分過快蒸發出現干縮裂縫。其次，采用注水法進行混凝土內部溫度控制，應結合水的溫度進行其流速的合理管理。同時在冷卻管設計中，應對冷卻管進行注漿或者真空壓漿處理，提升混凝土工程的整體強度。最后，還需嚴格控制混凝土的養護時間，通常，公路與橋梁工程養護時間應≥14 d，以此有效保證公路與橋梁建設的質量。

4 結語

施工溫度對于公路與橋梁工程建設具有較大影響，其是造成公路與橋梁施工裂縫的重要原因。工程項目建設中，人們只有充分認識到溫度應力對公路與橋梁的影響，并在探究公路與橋梁混凝土裂縫發生機理的同時，規范化地進行防治處理，才能有效地避免工程項目出現溫差裂縫，提升公路與橋梁建設質量。

參考文獻

[1]侯 偉.公路與橋梁混凝土的施工溫度控制及其裂縫對策[J].低碳世界，2018（2）：244-245.

收稿日期：2021-03-18

作者簡介：

趙有富（1983—），工程師，主要從事公路工程監理及計量工作。