關于溫度對水泥混凝土路面質量影響

何　蕾

摘要:本文作者首先從水泥混凝土本身的性質著手,結合施工經驗,分析了水泥混凝土路面質量與溫度的各種關系,并提出了減少溫度對路面質量負面影響的方法。

關鍵詞:減少溫度 水泥 混凝土路面 質量

水泥混凝土面層是一定厚度的水泥混凝土板,具有熱脹冷縮的性質,由于一年四季及晝夜溫差的變化以及水泥混凝土內部的水化反應,均會使混凝土上面層產生溫度應力,若此應力超過容許范圍,面層即產生了裂縫或被擠碎,影響路面質量。

由于水泥混凝土路面屬素混凝土,一般不設鋼筋(僅設連接筋),因此,無論溫度應力還是壓應力均須由混凝土自身承擔,而混凝土的抗拉強度僅是抗壓強度的1/10左右,脆性較大,因此,在一般設計中,均要求不出現或僅出現較小的拉應力。但在施工中,混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩定溫度,往往在水泥混凝土內部引起相當大的拉應力,甚至會超過其他外部荷載所引起的應力,現討論內、外部因素造成的溫度應力對路面質量的影響,提出相應的應對措施,進行合理的結構設計和施工,以保證路面質量。

一、溫度應力產生的原因之一:內部水化反應

(一)產生原因

混凝土硬化期間,水泥放出大量水化熱,內部溫度不斷上升,在表面引起拉應力,后期在降溫過程中,由于受到基層或者相鄰混凝土的約束,又會在混凝土內部出現拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時,即會出現裂縫,許多混凝土的內部溫度變化很小或變化很慢,但表面溫度可能變化很大或發生劇烈變化。表面干縮形變受到內部混凝土的約束,也往往導致裂縫。

混凝土中的水泥在水化過程中,一直在放出熱量,其釋熱率隨時間而發生變化:

第一釋熱峰在水泥加水后立即發生的急劇放熱反應;

第二釋熱峰在凝結期,即水泥漿失去塑性開始凝結的時間;

第三釋熱峰在終凝以后的硬化期。了解混凝土內部的釋熱反應,有利于我們把握時機,采取適當的措施,緩解水化反應對路面質量的負面影響,進行合理的結構設計,減少裂縫的產生。

由于內部水化反應引起的應力可分為自生應力和約束應力,自生應力即混凝土內部溫度的非線性變化而產生的結構本身互相約束出現溫度應力,譬如,混凝土冷卻時表面溫度相對降速較快,溫度較低,而內部降速較慢,溫度較高,在表面產生拉應力,在內部出現壓應力。

約束應力是指由于混凝土面板底面受基層摩阻力和粘結力的約束,或側面受到模板、舊混凝土的約束不能自由變形而引起的應力。

(二)應對措施

根據內部水化反應引起的應力不同,即自生應力與約束應力,可以從兩方面釆取措施進行克服:控制溫度,改善約束條件。

1.控制溫度。(1)采用發熱量和收縮性小的水泥。(2)夏季施工可以采用外加劑,如緩凝劑、保塑劑等。(3)高溫時,對拌合物原料采取以下措施;對砂石料堆加遮陰蓬;抽取地下水進行拌合;使用長時間在太陽下暴曬的干燥集料時,應充分灑水潤濕。(4)隨時測量氣溫和水泥、砂石料、拌合水及路面溫度,必要時加測混凝土水化熱,以便有針對性的采取措施控制施工質量。

2.改善約束條件。(1)基層頂面在攤鋪前要充分灑水潤濕。(2)可通過在基層頂面加鋪塑料薄膜的方法達到減弱混凝土底面與基層頂面摩擦力的目的。(3)合理的進行分縫分塊。(4)避免基層有過大起伏。(5)合理的安排施工工序,避免過大的高差和側面長期暴露。(6)合理掌握拆模時間,拆模后及時對側面進行覆蓋。

二、溫度應力產生的原因之二:外部溫度變化

(一)產生原因

一年四季和白天黑夜,氣溫冷熱的變化,使混凝土板產生膨脹和收縮。白天溫度升高,面板頂面較底面溫度高,這種溫度坡差會造成面板中部突起。夜間氣溫降低,面板頂面較底面溫度低,致使面板的周圍和角偶翹起,這些變形會受到面板和基層間的摩阻力和粘結力以及面板自重的約束,致使面板內產生過大應力,造成面板斷裂或拱脹破壞。

這些外部因素主要表現為:季節的溫度變化;晝夜溫差的變化;陽光直射引起表面溫度升高;風力引起表面水分蒸發加快。

(二)處理措施

以上這些原因均會引起混凝土面板表面與內部發生不同步變形而產生溫度應力,針對以上這種溫度應力,在實際施工過程中,應采取以下措施以避免產生裂縫:

1.混凝土表面修整過程中,要避免日光直射,防止混凝土溫度上升過快或表面快速干燥引起表面塑性收縮開裂。

2.在刮風天氣施工時,要加快施工速度,加強養生措施,加蓋塑料薄膜或濕草袋,當風力達到6級以上時必須停止施工。必要時要用風速計在現場測量風速并觀測刮風引起的自然現象,確定風級,以相應地采取措施。

3.混凝土施工澆筑時,一般宜在30℃以下進行,夏季氣溫高于30℃時,宜避開中午時間,選擇早晨、傍晚或夜間施工,運輸車加遮蓋,要保證無論在什么情況和條件下,混凝土拌合物的溫度不得超過35℃,并隨時監測氣溫、水泥、拌合水、拌合物以及路面混凝土溫度。施工現場氣溫高于40℃或拌合物攤鋪溫度高于35℃,必須停工。

4.高溫季節的養生要確?；炷帘砻娴玫饺娓采w,并且保持足夠的濕度。

5.冬季當最低溫度為-3℃時應采取路面覆蓋保溫措施施工,拌合機出料不得低于l0℃,攤鋪溫度不得低于5℃,在混凝土養生期間,應保持混凝土上面板的溫度在5～10℃之間。

6.視混凝土強度增長情況適時進行切縫,高溫季節施工,特別是在夜間降溫幅度較大或降雨時,應適當提早切縫,以防止斷板。

(作者單位:河北省磁縣交通局公路管理站)