管廊澆筑中混凝土溫度效應對收縮裂縫的影響分析

摘 要：通過深入探討混凝土收縮裂縫形成機制，特別分析溫度變化對混凝土收縮的影響及其在管廊混凝土澆筑中的表現。通過深入分析材料因素（如混凝土配合比、材料選擇和添加劑）以及施工工藝因素（包括澆筑方式、速度和環境條件），系統評估了其對裂縫形成的潛在影響，提出混凝土配合比優化和施工工藝優化等策略，旨在有效預防和控制收縮裂縫，確保管廊工程的長期穩定性和可靠性。

關鍵詞：混凝土收縮裂縫；溫度效應；管廊澆筑；材料因素；施工工藝

中圖分類號：U231.3 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）07-0001-03

1 混凝土收縮裂縫形成機理

1.1 收縮類型和影響因素

混凝土收縮裂縫的形成涉及多個方面，主要是混凝土的收縮類型及其他影響因素。干縮、水泥漿縮和溫度收縮是常見的混凝土收縮類型，混凝土配合比、外部環境濕度、水灰比等因素直接影響混凝土的收縮性能。深入理解不同類型的收縮及其影響，能更準確地預測和控制收縮裂縫的發生。

1.2 溫度變化對混凝土收縮的影響

溫度是混凝土收縮中一個至關重要的因素，其變化會引起混凝土體積的膨脹和收縮。在混凝土澆筑過程中，隨著溫度的升降，混凝土會經歷不同程度的膨脹和收縮，從而導致收縮裂縫的形成。溫度引起的收縮裂縫不僅受季節性溫度變化影響，還與混凝土自身的導熱性、密實度等因素相關。因此，深入研究溫度變化對混凝土收縮的影響機制，有助于更好地制定針對性的防控策略，確保工程的耐久性和安全性。

1.3 收縮裂縫的形成過程和特征

收縮裂縫的形成是一個動態的過程，包括初期收縮、硬化收縮和龜裂擴展等階段。初期收縮主要是由于混凝土剛澆筑后水分蒸發引起的，而硬化收縮則是由于混凝土內部水化反應引起的體積變化。這兩個階段直接影響了混凝土整體的收縮性能，進而決定了收縮裂縫的產生[1]。

龜裂擴展階段則是收縮裂縫進一步發展的結果，深入研究裂縫的形成過程和特征，可為裂縫的預防和治理提供科學依據。

2 管廊混凝土澆筑中的溫度效應分析

2.1 混凝土澆筑過程中的溫度變化

在管廊混凝土澆筑過程中，溫度變化是一個關鍵的動態因素。在混凝土澆筑初期，混凝土內部的溫度會隨著水化反應而上升。水泥水化反應釋放出的熱量會導致混凝土溫度迅速升高，這一過程通常在數小時內發生。典型情況下，混凝土的溫度升高可達到60°C以上，這樣的高溫對混凝土的收縮特性產生顯著影響。隨著時間的推移和外部環境的影響，混凝土溫度逐漸趨于穩定。溫度的不均勻分布導致混凝土不同部位的溫度變化不一致，進而引發收縮差異，增加了裂縫形成的風險。

在管廊混凝土澆筑中，混凝土溫度的具體變化受多種因素影響，如外部環境溫度、混凝土配合比、水灰比、水泥類型等。環境溫度的變化會影響混凝土表面和內部的溫度分布，太陽輻射、風速等因素也會產生影響。此外，混凝土的配合比和水灰比對其導熱性和溫度變化具有顯著影響[2]。不同類型的水泥，由于其硬化速率和水化熱不同，會對混凝土溫度變化產生影響。不同時間點的混凝土溫度如表1所示。

在管廊混凝土澆筑過程中，表面溫度和深層溫度均呈穩定上升的趨勢。表面溫度相對于深層略高，這可能受到外部環境因素的影響。溫度變化相對平穩，沒有出現明顯的波動，為工程管理提供了對混凝土溫度變化的翔實了解，有助于制定科學的溫度控制策略以減緩收縮裂縫的形成。

2.2 溫度變化對混凝土收縮的影響

2.2.1 溫度梯度引起的收縮差異

溫度梯度引起的混凝土收縮差異是一個復雜而關鍵的問題，在管廊澆筑中尤為顯著。混凝土內外部溫度差異導致的收縮差異是由于表面溫度變化快于深層。在管廊澆筑過程中，由于環境溫度、太陽輻射等外部因素，混凝土表面會迅速升溫，而深層溫度變化較為緩慢。這種溫度梯度引起的深淺層溫差不僅直接導致混凝土表面的快速干燥，還在混凝土內部形成應力差異，最終促使收縮裂縫的生成。

混凝土的導熱性和密實度等因素，對溫度梯度引起的收縮差異也產生重要影響。在管廊澆筑中，由于混凝土的導熱性不同，不同位置的溫度傳導速率存在差異，使得混凝土不同部位的溫度變化不均勻。混凝土的密實度會影響其對溫度梯度的反應，密實度高的區域溫度變化相對較緩，密實度低的區域則更容易受到外部溫度影響。這種不均勻的導熱性和密實度分布增加了混凝土內部的溫度差異性，加劇了裂縫的形成。

2.2.2 溫度控制與收縮裂縫形成關系分析

在高溫季節，混凝土表面溫度的快速升高可能導致快速地收縮，引起裂縫的產生。采取覆蓋物或噴水降溫等措施能夠有效減緩表面溫度升高的速率，進而緩解收縮引起的內部應力差異。例如，噴水降溫可以使混凝土表面溫度相對環境溫度降低5～10℃，從而降低裂縫的形成風險。這種溫度控制策略特別在管廊工程中尤為重要，因為管廊結構的封閉性和特殊形狀使得溫度變化更加敏感。

澆筑方式和速度的合理控制也直接關系到混凝土的溫度分布和裂縫的形成。逐層澆筑或分段澆筑的方式能夠減緩表面溫度梯度，降低內部應力差異，從而減緩收縮裂縫的生成。在管廊澆筑中，由于管廊的封閉性，逐層澆筑能夠更有效地控制溫度分布，降低裂縫形成的概率。

合理控制澆筑速度同樣是關鍵因素之一。采取較慢的澆筑速度有助于防止混凝土表面過快的水分蒸發，維持較高的濕度，減緩水分流失引起的收縮，有效地控制整體混凝土的收縮速率。

3 影響收縮裂縫的因素分析

3.1 材料因素對收縮裂縫的影響

3.1.1 混凝土配合比與材料選擇

混凝土配合比直接影響著混凝土的收縮性能。例如，降低水灰比可以減少混凝土的滲透性和收縮，但過低的水灰比可能影響混凝土的流動性和易性。粗細骨料的選擇與配比也對混凝土的收縮特性產生顯著影響。研究表明，合適的骨料粒徑分布有助于降低混凝土的收縮率，過多的細骨料會增加混凝土的收縮，而合理的粗骨料使用則有助于減少收縮裂縫的生成。不同類型的水泥對收縮裂縫的控制也有所差異，普通硅酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥摻入粉煤灰相比，可能導致不同程度的收縮變化。

3.1.2 添加劑的影響

添加劑在混凝土中的使用可以對收縮裂縫產生重要影響。例如，使用膨脹劑或者延緩劑可以有效減少混凝土的收縮。膨脹劑能夠通過生成氣泡來降低混凝土的密實度，減少內部應力，從而減少收縮裂縫的產生。使用高分子聚合物改性劑或纖維增強材料也能改善混凝土的收縮性能，特別是控制龜裂擴展過程。添加劑的應用需根據具體情況和工程要求，通過調整劑量和類型來達到最佳的收縮裂縫控制效果。

3.2 施工工藝因素對收縮裂縫的影響

3.2.1 澆筑方式與速度

在高溫季節，采用逐層澆筑或分段澆筑的方式能夠有效減緩混凝土的溫度升高。逐層澆筑使得混凝土表面溫度相對較低，更好地協調了表層與深層的溫度變化趨勢，從而降低了溫度梯度引起的差異性收縮。特別是在管廊工程中，由于結構的獨特性，逐層澆筑更能適應管廊的尺寸和形狀，有效緩解溫度梯度帶來的應力差異，減輕收縮裂縫的形成。

適度降低澆筑速度同樣是管廊混凝土澆筑中的重要策略。通過減緩澆筑速度，可以有效防止混凝土表面水分過快蒸發，減緩初期水分流失，降低初期收縮的影響。在管廊工程中，初期收縮對整體結構的影響較為敏感，因此通過控制澆筑速度，可以調整混凝土表面的水分蒸發速率，避免過快的初期收縮，有助于減緩整體收縮的速度，有效降低了收縮裂縫的發生風險。

3.2.2 環境條件對施工的影響

在管廊混凝土施工中，環境條件尤其是溫度和濕度，對混凝土的溫度效應產生顯著的影響，直接影響著收縮裂縫的形成。在高溫干燥環境下，混凝土表面水分迅速蒸發，導致表面溫度迅速升高，而深層溫度變化相對較慢，引發內外部收縮差異。這種差異性收縮會使混凝土表面發生拉裂，形成收縮裂縫。有效的遮陽措施和保濕覆蓋成為至關重要的手段，可有效減緩混凝土整體收縮速度，降低裂縫的發生概率。通過在高溫環境中適時采取這些措施，不僅能夠降低混凝土表面的溫度，減緩水分的蒸發，還能維持較高的濕度，控制溫度梯度的形成，從而最小化混凝土溫度效應對收縮裂縫形成的不良影響。

4 收縮裂縫預防與控制策略

4.1 混凝土配合比優化

在混凝土結構中，混凝土配合比的優化是預防和控制收縮裂縫的關鍵策略之一，尤其在管廊澆筑中，針對溫度效應對裂縫形成的影響更為關鍵。通過精心設計配合比，可以有效降低混凝土的收縮率。

降低水灰比是一項關鍵措施，實驗數據顯示：在水灰比為0.4時，混凝土的收縮率相對較低。這表明通過合理控制水泥的使用量，可以減緩混凝土的收縮過程。在管廊澆筑中，充分考慮工程要求和結構特點，通過優化水灰比，使其適應管廊的尺寸和環境條件，有助于降低裂縫的形成風險[3]。混凝土配合比對管廊澆筑中收縮裂縫的影響如表2所示。

混凝土配合比的優化需要保持適度的骨料配合，特別是在管廊工程中，添加細骨料和控制粗骨料的比例對裂縫控制具有重要意義。采用合適的骨料配比可以調整混凝土的工作性能和收縮性能，進一步降低裂縫的發生概率。在管廊澆筑中，由于結構的獨特性，可以通過精確控制細骨料的使用量，增加混凝土的流動性，減緩收縮的速度。通過調整粗骨料的比例，有助于提高混凝土的韌性，從而降低收縮引起的裂縫的寬度和深度。

水灰比顯著影響混凝土的收縮性能，較高水灰比可能導致較高的收縮率，而較低水灰比則有助于減少混凝土的收縮。骨料配合的優化對混凝土收縮性能有明顯正面影響，例如在相近水灰比條件下，采用優化的骨料配合（如1：1.8：2.5的配合比）能顯著減小混凝土的收縮率。由此表明在實際工程中，通過調整水灰比和優化骨料配合是有效控制混凝土收縮裂縫的關鍵策略[4]。

4.2 施工工藝優化

合理選擇澆筑方式和速度是至關重要的。采用減緩澆筑速度的方法，如分段澆筑或逐層澆筑，可有效減緩混凝土溫度升高速率，降低收縮裂縫的形成概率。實際數據表明，采用逐層澆筑相較于整體澆筑，混凝土表面溫度的變化較為均勻，有利于減少溫度梯度引起的收縮差異。此外，合理控制澆筑速度也是關鍵，過快的澆筑速度可能導致混凝土表面水分快速蒸發，增加收縮裂縫的風險，因此需要在速度和質量之間取得平衡。

在施工過程中，采取保濕措施和遮陽覆蓋等方法對控制混凝土收縮裂縫具有顯著作用。保濕能夠降低混凝土表面水分的蒸發速率，有助于維持較高的濕度環境，從而減緩混凝土收縮的過程。遮陽覆蓋可有效降低直射陽光對混凝土表面的照射，減少溫度升高，有利于控制混凝土表面和內部的溫度梯度。

5 結束語

管廊混凝土澆筑中混凝土溫度效應對收縮裂縫的影響顯著且復雜。本文深入研究了收縮裂縫形成機制、溫度效應、材料因素和施工工藝對裂縫的影響，并提出了相應的預防與控制策略。合理選擇澆筑方式和速度、科學管理溫度、濕度等環境條件、通過混凝土配合比的優化等手段，是降低混凝土溫度效應引起的收縮裂縫的有效途徑。

在實際管廊工程中，需綜合考慮各因素的影響，制定科學的施工計劃和控制策略，以確保混凝土的穩定性和耐久性，最終實現工程的安全可靠運行。這一研究對于混凝土結構工程實踐具有指導意義，為提高工程質量提供了有益的參考。

參考文獻

[1] 李智.鋼筋混凝土剪力墻結構溫度及收縮裂縫的機理與控制技術分析[J].中文科技期刊數據庫（全文版）工程技術，2023（12）：129-132.

[2] 范利丹，徐峰，余永強，等.高地溫地下工程支護混凝土研究現狀及進展[J].科學技術與工程，2022，22（4）：1308-1320.

[3] 龍春成.論大體積混凝土溫度裂縫成因及控制[J].交通科技與管理，2023，4（3）：150-152.

[4] 徐嘉祥.地鐵車站主體結構混凝土溫度開裂機理與控制研究[D].濟南：山東大學，2023.