公路與橋梁施工中混凝土溫度應力控制及裂縫優化措施

江宏文

（江西億嘉路橋工程有限公司，江西 撫州 344400）

0 引言

自20世紀90年代以來，我國的綜合國力得到了持續、穩定的提升，國家高度重視公路、橋梁等基礎設施的建設，在路橋工程方面的投資較大。混凝土在公路和橋梁等現代化工程中具有十分重要的地位，混凝土結構的質量直接影響整個公路橋梁工程的質量，如果混凝土結構存在嚴重裂縫，雨水就會隨著裂縫進入混凝土的內部結構中，引發鋼筋銹蝕，縮短工程的使用壽命。在實踐中，大體積混凝土更容易受到溫度應力的影響，產生裂縫的可能性也更高，施工單位需要加強對工程結構的研究，采取科學有效的控制方法，從根源上減少裂縫的產生。

1 混凝土裂縫產生的原因

1.1 外力作用造成的裂縫

大體積混凝土在公路和橋梁工程中比較常見，為確保道路橋梁施工順利完成，施工人員必須要高度重視大體積混凝土的施工效果，避免混凝土結構出現裂縫，提高混凝土結構的承載能力。外力作用有可能造成裂縫，如果道路橋梁的承重位置出現超重荷載，混凝土就很容易出現裂縫，整體結構的穩定性也會下降。此外，如果混凝土結構在設計方面缺乏科學性，就很容易受到外力作用的影響產生裂縫。

1.2 溫度應力變化造成的裂縫

對混凝土裂縫來說，溫度應力是最關鍵、核心的影響因素，混凝土結構施工需要經過材料選擇、配比、拌和、澆筑、振搗、養護等多個環節，在混凝土硬化環節，會出現大量的水化熱，由于混凝土體積較大，水化熱很難通過混凝土表面散發出來，這是溫度應力產生的重要原因。在混凝土硬化過程中，結構內部的溫度會快速上升，內外部溫差較大，此時就會產生拉壓力。在后期降溫階段，拉壓力的強度一旦超出混凝土的抗裂范圍，就會形成裂縫。

1.3 養護不當造成的裂縫

在公路橋梁施工完成后，施工人員需要對混凝土進行養護，可以采取科學的手段控制混凝土結構的內外部濕度差和溫度差，通過這種方式減少混凝土裂縫，提高混凝土結構的施工質量。然而，在實踐當中，部分施工人員急于開展下一環節的施工，混凝土結構的養護時間不足，養護手段不到位，這同樣會造成混凝土裂縫。

1.4 施工材料不合格造成的裂縫

混凝土包含了水泥、砂石骨料等原材料，這些材料的性質比較特殊，施工中難以控制的因素較多，施工工序、施工設備、原材料質量等都會影響工程的整體效果。其中，混凝土施工材料不合格容易引發裂縫。在實踐中，部分施工單位選用的水泥質量不達標，或者將不同標號、不同品種的水泥混合應用，這些都會影響混凝土結構的施工效果，誘發裂縫。因此，施工人員要高度重視混凝土施工的原材料，尤其要重視水泥的質量，選用標號統一的水泥，同時確保其他施工材料質量合格，這樣才能避免裂縫的產生。

2 混凝土溫度應力分析

2.1 混凝土溫度應力產生的原因

在道路橋梁工程的施工過程中，溫度應力難以避免，從根源上來說，混凝土產生溫度應力的原因包含約束應力和自身應力，這兩種情況都有可能造成混凝土裂縫。

首先，約束應力是受外界約束產生的應力，原理是混凝土部分區域或者整體結構無法自由形變，屬于“外約束”。混凝土的組成材料比較特殊，在施工過程中，混凝土結構容易受到外界溫度的影響發生形狀變化，如果外界的某些部件制約混凝土的形變，就會產生約束應力。

其次，自身應力是指混凝土的結構并不會受到外界的限制，它可以自由發生形變，但混凝土結構處于不穩定的狀態，如果混凝土結構內部的溫度分布不均，也會形成溫度應力，這屬于“內約束”。

在公路橋梁工程的施工過程中，護欄混凝土容易出現約束應力，而橋梁的橋墩部位則經常出現自生應力。在實踐中，約束應力、自身應力、干縮應力會在同一時間起作用，這會給施工人員帶來一定阻礙，影響施工人員對溫度應力位置的判斷。

2.2 混凝土溫度應力產生的過程

在公路橋梁的施工過程中，混凝土溫度應力的產生過程是比較規律的，在不同時間段，混凝土的溫度應力會展現出不同的特點。作為施工人員，需要掌握混凝土結構溫度應力產生的過程，在不同階段采取不同的施工工藝，減少溫度應力的影響。從混凝土澆筑到混凝土結構投入使用，溫度應力可以分為以下三個階段：

2.2.1 初期階段

初期階段是指混凝土澆筑完成直到散熱基本結束的時間段，大約30 天的時間。在初期階段，混凝土不但會散發大量的水化熱，其自身的彈性模量也會急劇變化，產生殘余應力。

2.2.2 中期階段

在中期階段，混凝土放熱作用已經基本結束，溫度會逐漸穩定，這一時期的溫度應力主要來源于外界的氣溫變化，這種應力會和早期階段的殘余應力結合起來，最終造成混凝土裂縫。

2.2.3 后期階段

在后期階段，公路橋梁工程中的混凝土結構在溫度上已經完全穩定，溫度應力來源于外界溫度變化，該應力容易和前兩個階段的應力形成合力，這是造成混凝土裂縫的主要原因。

3 公路與橋梁施工中混凝土溫度的控制方法

在公路與橋梁工程的施工中，混凝土裂縫的成因是多樣化的，以溫度應力為主。控制混凝土的溫度、濕度具有較高的技術要求，需要施工人員采取科學的控制手段。在溫度控制方面，施工人員需要降低混凝土內部和表面的溫度差，降低混凝土的降溫速率、升溫速率。如果涉及新舊混凝土結構，施工人員還需要控制好新澆筑混凝土和舊混凝土構件的溫差。在現場施工當中，施工人員需要從原材料配比、混凝土拌和、運輸、澆筑、養護等方面入手，科學控制混凝土溫度。

3.1 科學選擇原材料

在公路橋梁施工中，原材料的質量直接決定了施工質量，科學選用原材料是控制混凝土結構溫度的前提和基礎。施工單位需要高度重視混凝土原材料，盡量選用低水化熱的水泥，或使用低熱微膨脹型水泥，配合潔凈、堅固的骨料，加強對原材料的檢驗，為后期的混凝土施工奠定堅實基礎。

3.2 優化混凝土的配比及拌和

混凝土的配比和拌和對后期的溫度控制產生重要影響。首先，在混凝土的配比中，施工人員需要結合道路橋梁工程中不同部位混凝土的性能、承載能力、質量要求，確定出不同的配合比。為達到這一目標，施工人員需要掌握公路橋梁工程的建設需求，嚴格按照公路橋梁工程的設計標準，科學選擇混凝土的配合比。其次，在混凝土拌和中，施工人員需要嚴格控制水量，通過控制水量的方法來降低溫度。在攪拌工藝上，施工人員可以采用二次投料的凈漿裹石工藝、砂漿裹石工藝，減少水化熱，提高混凝土結構的質量。實踐數據表明，這兩種方法能夠使混凝土的強度提高10%，同時節省5%的水泥。

3.3 在夏季做好散熱措施

在公路橋梁工程的施工中，施工人員需要充分考慮外界的氣溫因素做好相關措施。夏季氣溫較高，散熱是最重要的施工措施，工作人員需要通過多種手段幫助混凝土散熱。在混凝土澆筑時，工作人員要減少混凝土的澆筑厚度，幫助混凝土通過表層完成散熱。在第一層混凝土凝固之前，施工人員需要完成第二次的澆筑工作，合理安排混凝土的澆筑時間，提高澆筑質量。通常情況下，夏季施工可以在早上和傍晚進行混凝土澆筑，避免中午澆筑，這樣才能幫助混凝土散熱，有效預防溫度裂縫。

3.4 在冬季做好保溫措施

在混凝土結構的施工中，冬季需要全程做好保溫、防凍、防風等措施。在材料選用上，混凝土結構的施工需要選用水泥、粉煤灰、高效減水劑等。施工人員需要事先將這些材料存放在棚中，進行預熱保溫。在拌和階段，施工人員可以添加熱水，還可以對骨料進行加熱，運用蒸汽加熱、電加熱等方法，滿足混凝土的保溫需求。在冬季施工中，施工人員需要確?；炷涟韬臀锍鰴C溫度達到10C，入模溫度保持在5C 以上。在混凝土的運輸過程中，運輸人員需要在做好保溫、防風措施的基礎上，保證運輸工具嚴密、無漏漿，最大程度地減少熱量散失。針對橋面預制板來說，施工人員可以用雙層薄膜搭建暖棚，罩住預制完成的橋面板，并在暖棚內布置油燈，用油燈來加熱，防止混凝土受凍。

3.5 利用水循環進行降溫

混凝土會產生水化熱現象，因此，在混凝土結構的施工過程中，施工人員需要做好降溫措施。為達到良好的降溫效果，施工人員可以利用水循環的方法加快散熱。水循環的方法能夠通過冷水管對混凝土結構進行降溫，施工人員需要在混凝土的施工地點提前埋設水管，然后注入冷水。水循環的方法能夠達到良好的降溫效果，是一種科學有效的降溫措施，能夠預防混凝土結構的溫度裂縫，進一步提高施工質量。

3.6 在后期養護中進行保溫

混凝土的養護工作直接決定了混凝土結構的質量，在養護環節，施工人員需要做好保溫和保濕等措施，才能有效減少混凝土裂縫。在實踐中，公路和橋梁工程通常需要使用大量的大體積混凝土，這些混凝土更容易產生裂縫，對保養的技術要求也更高。針對大體積混凝土的養護工作，施工人員需要在澆筑完成后的12h 內進行養護，把握好最佳的養護時機，完成澆水、覆蓋等操作，養護工作長達14d，施工人員必須要嚴格按照養護標準，確保養護時限。在養護過程中，施工人員可以使用塑料布等材料塑造一個保溫層，幫助混凝土保溫保濕，使混凝土的表面更加溫潤。在降溫階段，施工人員同樣需要控制好保溫層，使混凝土結構的降溫速度放緩。

4 公路與橋梁施工中混凝土裂縫的修補措施

在公路與橋梁工程中，混凝土結構是重要構件，如果混凝土結構出現裂縫，就會影響整個工程的美觀性、安全性，縮短公路橋梁的使用年限。首先，混凝土裂縫會使雨水滲入，加速鋼筋混凝土的腐蝕速度，降低整個混凝土結構的防滲漏能力，影響混凝土的耐久性。其次，混凝土結構的裂縫還會影響公路橋梁的承重能力和服務功能，引發其他更加嚴重的病害，例如沉降等。針對溫度裂縫問題，施工人員需要做好早期的預防，在施工過程中預防溫度裂縫。針對已經出現的裂縫，需要加強檢查，結合裂縫產生的部位、裂縫的寬度和深度，采取科學的修補措施，避免裂縫進一步擴大。

4.1 表面處理法

表面處理法可以細分為表面涂抹法和表面貼補法。在公路橋梁工程的使用過程中，一些混凝土結構會出現細淺的裂縫，這些溫度裂縫不漏水，深度沒有達到鋼筋表層，不會繼續活動、伸縮，可以應用涂抹法應對。針對裂縫面積較大、不易確定漏水位置的裂縫，施工人員可以采取表面貼補法，使用土工膜或其他防水片，通過貼補的手段防滲堵漏。表面修補法適用于寬泛性較小、結構穩定的混凝土溫度裂縫，能夠起到良好的修復效果，減少裂縫的危害。

4.2 填充法

混凝土結構出現裂縫后，施工人員可以運用填充法來修補裂縫，該方法通常用于較寬裂縫的修補當中，具有作業工序簡單、成本低等特點，在實踐中應用廣泛。有些混凝土裂縫中存在填充物，難以應用填充法完成裂縫修補，工作人員可以對裂縫進行簡單處理，在裂縫部位開出“V 型槽”，然后再完成填充。

4.3 灌漿法

灌漿法是將漿液注入裂縫中，改善混凝土結構的裂縫修補方法。該方法能夠封填裂縫、堵截流水、降低滲透性、提高混凝土的抗滲能力、降低孔隙壓力。在實踐中，施工人員使用鉆機、灌漿設備、過濾管等工具，按照規范的順序完成灌漿。灌漿法適用范圍較廣、效果良好，無論是細微裂縫還是大裂縫，都可以應用灌漿法。

4.4 結構加固法

混凝土結構是公路和橋梁工程中的重要結構，當混凝土結構的裂縫影響公路橋梁的整體結構性能時，就需要對結構進行加固，完成裂縫修補。在實踐中，結構加固法根據操作手段不同，分為增設支點加固、粘貼鋼板加固、采用預應力法加固等，這些方法能夠對混凝土的整體結構進行調整，同時增強公路橋梁的結構性能。

4.5 置換法

置換法主要應用于混凝土損壞嚴重、溫度裂縫面積較大的情況，施工人員將嚴重損壞的混凝土結構清理干凈，然后重新澆筑，這種方法費用較高，對澆筑技術的要求也較高，施工人員需要結合實際情況，判斷是否應用置換法。

5 結語

當前，很多公路橋梁工程應用大體積的混凝土結構，這些混凝土結構在整個公路橋梁工程中承擔著重要作用?；炷猎牧系奈锢砘瘜W性質比較特殊，容易產生溫度裂縫，施工人員需要在原材料選擇、混凝土攪拌、養護等環節中預防溫度裂縫，同時在后期做好裂縫修補工作。混凝土裂縫產生的原因是多方面的，外力因素以及溫度應力都會誘發裂縫，在施工過程中，施工人員需要結合外界的溫度做好散熱措施或保溫措施，優化混凝土的原材料，改進攪拌工藝，優化澆筑過程，開展后期養護，才能預防裂縫。