公路橋梁混凝土的施工溫度與裂縫防治

彭銳

（江西省公路工程有限責任公司，江西 南昌 330000）

0 引言

混凝土在公路橋梁工程施工建設中占據著重要地位，主要成分為集料、水泥、外加劑與水等，在剛性、穩定性方面表現突出，十分契合公路橋梁項目對耐久性的需求。然而隨著混凝土施工規模日漸增大，再加上混凝土結構受到溫度因素的影響非常明顯，一旦對施工溫度無法合理控制，必定會產生應力裂縫，從而影響公路橋梁項目的穩定性與安全性。由此可見，在公路橋梁混凝土施工中一定要把控好施工溫度，有效防治溫度裂縫，這對于保障公路橋梁項目完整性而言意義重大。

1 溫度應力的形成及影響

混凝土施工中溫度應力的形成主要可從三個時期進行分析：第一，早期，即從混凝土澆筑開始至混凝土熱量釋放結束期間，通常來講這一時期的持續時間長達30 天左右，在此期間水泥會釋放大量的水化熱，不僅會嚴重影響混凝土的彈性模量，而且會促使其出現劇烈反應，從而導致混凝土內部生成應力；第二，中期，即混凝土熱量釋放結束至混凝土性質趨于穩定期間，此階段混凝土彈性模量盡管變化不太顯著，但溫度變化產生的應力同樣存在，與早期余下的應力會相互作用[1]；第三，晚期，即混凝土完全冷卻之后，這一時期的溫度應力產生主要來源于外界溫度的驟然變化，并且混凝土晚期產生的應力同樣會與前期重疊，共同對混凝土產生作用。

溫度應力對混凝土產生的影響基本表現在兩個方面：第一，約束應力。外部因素會影響結構邊界，同時還會抑制其形變，從而產生應力，該類型的溫度應力一般會與干縮應力重疊，對混凝土共同形成影響。第二，自生應力。結構邊界因為缺少力量對其約束，所以混凝土結構會始終處在失穩狀態，在此狀態下如果混凝土內部出現非線性分布，則會因為結構本身力量的相互制約而產生溫度應力。

2 公路橋梁混凝土裂縫的產生原因

2.1 混凝土本體出現自縮

在公路橋梁工程建設中，混凝土構件本體同樣會出現自縮反應，而這一反應程度與混凝土原材料的選用關系較大。其一，水泥。水泥是導致混凝土自縮的主要原因之一，一般水泥硬化期間會消耗與蒸發掉20%的水分，而其他水分會在后期不斷流失，水分的不斷減少與混凝土自縮的平衡關系便會打破。在公路橋梁項目施工中，倘若水泥中的水分蒸發過大且超過了混凝土本體的自縮值，便會出現比較嚴重的混凝土裂縫問題。其二，外加劑。外加劑的應用也會影響混凝土自縮，作為提升混凝土材料某些功能屬性的物質，能夠保證混凝土澆筑的密實度，而不同類型、不同用量的外加劑，也會對混凝土形成不同影響，所以要防范混凝土的自縮，就要對外加劑合理使用[2]。另外，在混凝土材料中含有礦物質材料，相較于外加劑而言，礦物質本身并不會影響混凝土，但會因為投放量的不合理而影響水泥自縮值，也就對混凝土材料性能形成間接影響，造成裂縫。

2.2 施工準備工作不充分

對混凝土質量形成影響以及產生混凝土裂縫的主要原因中，材料配合比屬于關鍵因素，而部分施工方在施工準備階段關注不夠，沒有嚴格按照配合比標準進行混凝土配置，如水泥摻加量、需水量計算不合理，致使混凝土漿體中的水泥、含水量處在失衡狀態，這一情況會直接影響混凝土的穩定性，進而出現離析現象，從而產生混凝土裂縫。此外，在對混凝土進行配制的過程中，部分人員對拉應力的影響不夠重視，所以在工作中出現失誤導致混凝土內部產生巨大拉應力，一旦拉應力超過混凝土本身的承載極限，那么裂縫產生概率便會急劇上升。

2.3 混凝土的水化熱反應

在混凝土施工過程中，水化熱反應屬于十分常見的現象，施工中水泥會釋放一定熱量，熱量會跟隨混凝土澆筑傳導至公路橋梁的混凝土構件內部。如果公路橋梁工程的混凝土施工規模較大，那么內部熱量將很難及時散發出去，再加上混凝土澆筑的路面防護體系要保持在較厚的水準，才能保證路面的聚合作用，這種情況下水化熱中釋放出的熱量也會難以及時散出，久而久之便會導致公路橋梁內外溫差較大[3]。一旦內外溫度應力超過了混凝土的設計標準，破壞便應運而生，公路橋梁裂縫也就此形成。

2.4 外界環境變化直接影響

相較于其他結構形式而言，公路橋梁項目中的混凝土結構具有較強的穩定性與耐久性。但是在施工過程中，混凝土無法避免地會受到熱脹冷縮效應的影響，一旦施工過程中外界環境發生變化，混凝土結構本體也會直接受到影響。如果溫度驟然升高，混凝土表面溫度跟隨升高，水分蒸發加快，容易形成干縮裂縫；而如果溫度驟然降低，混凝土結構表層外部溫度變低，內部溫度依舊很高，則會因為內部出現熱力膨脹而產生溫差裂縫。另外，在混凝土澆筑完工后期的養護階段，施工方一般會對混凝土進行降溫或保溫操作，但是一般在高溫季節時混凝土內部溫度很難在短時間內降低，而一旦冷水遭遇高溫，便會產生較大溫差，因此產生溫差拉應力，也會加速裂縫的形成。

3 公路橋梁混凝土的施工溫度與裂縫防治措施

公路橋梁混凝土在施工中出現溫度裂縫的情況無法避免，但可通過采取妥當的防治措施降低裂縫形成概率。總體來講，公路橋梁混凝土的施工應當從準備階段、施工階段、養護階段著手進行全面考量，制定科學合理的溫度控制措施及裂縫防治方案，保證裂縫能控制在可控范圍內，保證混凝土結構強度與質量符合公路橋梁工程項目要求。

3.1 優化混凝土配合比

在施工前期準備階段，一定要對混凝土原材料進行科學合理的配置，特別是在選擇水泥材料方面，要盡可能選用水化熱偏低的水泥，一般可用火山灰質硅酸鹽水泥、礦渣水泥等，均可作為公路橋梁項目混凝土的原材料。選好材料還要對配合比進行多輪試驗，最終確定最佳配比方案。以粉煤灰混凝土舉例，粉煤灰的主要成分有SiO2、Al2O3、CaO 以及MgO 等。在高溫條件下，SiO2、Al2O3、CaO 的活性表現較高，所以這三者的含量要確保在70%以上[4]。粉煤灰顆粒的粒徑要確保在45μm 以下，玻璃微珠粒徑在10～30μm 之間，倘若需要配置C40 以上等級的混凝土，要選用超細粉煤灰。此外，因為粉煤灰的結構顆粒有差異，所以需水量也會有所不同，其中密實玻璃體顆粒的需水量較小，反之則越大，所以要根據粉煤灰的顆粒結構判定其需水量的多少。

選擇好用粉煤灰之后，則要對配合比進行試驗，為了確保混凝土擁有良好的和易性表現，需要加入一定量的減水劑，并且提前進行水泥、粉煤灰、減水劑的相容性試驗，關注坍落度、泌水性、擴展度、流淌時間等重要指標，將坍落度把控在180～220mm 之間，相對壓力泌水性要小于40%，擴展度要超過470mm，流淌時間把控在8～30s 之間。如果上述指標均合格，則代表水泥、粉煤灰、減水劑擁有良好相容性，施工中不會出現驟然凝結或假凝的情況。經過配合比試驗與方案選擇，最終選擇28d 齡期的粉煤灰混凝土配合比，如果強度要求C40 等級，水泥等級42.5 時，每立方米需水量為185kg、水泥為385kg、粉煤灰為75kg、河砂為720kg、石子1080kg 以及外加劑4.6kg，按照該配合比，能夠保證混凝土的坍落度在160～180mm 之間[5]。

3.2 做好施工過程的溫度控制

3.2.1 設置測溫管

公路橋梁的混凝土施工過程必須對溫度進行動態化監測，進而確保能夠及時采取降溫或者保溫措施，實現溫差合理把控而抑制裂縫產生。所以，施工方要根據公路橋梁工程項目的現實情況，尤其是混凝土施工規模，將構建分成上、中、下三個層次，在其中設置適量的測溫管，并且要根據施工要求對混凝土的施工環境和構件本體的溫度進行定時檢測，記錄好數據。一旦察覺混凝土構件的內外溫度差大于25℃，就需要采取合理的穩控措施，有效避免混凝土裂縫的產生。

3.2.2 優選混凝土澆筑、振搗、攤鋪工藝

混凝土澆筑施工中，施工方需要結合現實情況確定選擇連續推移澆筑還是分層澆筑，但不管選擇哪一種，澆筑施工需要不間斷進行，避免出現裂縫。在攤鋪過程中，要嚴格按照規范要求進行操作，把控攤鋪厚度。如果選擇泵送方式進行混凝土輸送，攤鋪厚度不得超過60cm；如果采取其他輸送方式，則攤鋪厚度不要超過40cm[6]。此外，對混凝土澆筑施工流程要合理確定，保證資源配置合理高效，實現各道工序的有序銜接。混凝土澆筑完成后，施工人員要進行二次振搗，將混凝土內部氣泡、水分等排出，能有效提升混凝土構件的強度。

3.2.3 做好混凝土降溫與保溫措施

在氣溫較高的氣候環境下開展混凝土的制備、運輸、澆筑等施工，一定要重視溫度控制措施的合理應用。一般來講，會選擇用水沖刷進行物理降溫，有效降低混合料中的砂石溫度。另外，遮陽棚能避免陽光對混凝土的直射，也能起到一定的降溫效果。在混凝土的輸送過程中，要把控輸送距離與時間，則可在車廂進行遮陽降溫。

另外，對于混凝土分層澆筑的厚度要重點把控，便于混凝土內部熱量能夠盡快揮發，因此應盡可能選擇在氣溫較低的夜間或清早進行澆筑，同時盡量降低混凝土入模溫度，均可有效防范混凝土的溫度裂縫。

混凝土施工要盡可能規避氣溫較低的天氣環境，否則容易因為混凝土內部溫差較大而形成較大拉應力，從而出現溫度裂縫。倘若因為工期緊張而必須在低氣溫條件下澆筑混凝土，則要優化工序，盡可能縮短混凝土在泵送管中的停留時間，同時隨時關注混凝土的入模溫度，保證溫度超過5℃，避免因為混凝土溫度驟降而硬化，導致泵送管堵塞，嚴重影響混凝土澆筑作業的連續性。另外，在氣溫較低的冬季，混凝土初凝一般需要8～10h 的時間，終凝則要12～14h，所以需要對抹面作業起始時間合理控制，保證在初凝完成前進行2 次抹平與1 次壓實，可有效避免混凝土構件的表面裂縫。對拆模時間也要科學把控，關注混凝土構件的掉角、黏模情況。

3.3 做好養護階段的溫控工作

3.3.1 科學選擇養護手段

公路橋梁混凝土澆筑完工之后，施工方需要結合環境溫度等條件確定科學的養護措施，如果是在溫度較高的夏季施工，則要進行灑水養護；如果是在溫度較低的冬季施工，要做好保溫養護。

3.3.2 利用冷卻管進行降溫

混凝土澆筑完成后，構件內部會立馬釋放大量熱量，所以會出現溫度急劇升高的情況。而夏季外部環境溫度較高，所以混凝土構件溫度升高更顯著，因此一定要及時降溫。為了降低混凝土產生溫度裂縫的概率，應當提前將冷卻管埋設在混凝土構件內部。待混凝土構件澆筑完成后，倘若內部熱量釋放較多而導致溫度急劇升高，則開啟冷卻管閥門，以水冷方式將水流導進混凝土構件內部，再通過冷卻管出口將水排出。施工過程中，冷卻管內部進出水速度及溫度要合理控制。通常來講，溫度控制在10℃之內，水流速度控制在1500L/h 左右。此外，還要對水口位置合理確定，避免水流排出影響混凝土澆筑成型。待混凝土構件養護完工后，要采取注漿、真空壓漿等手段填充冷卻管空間，防止影響混凝土構件的完整性和強度。

3.3.3 低溫期間的保溫養護

如果混凝土施工時間選擇在氣溫較低的冬季，在完成澆筑施工后要及時將保溫材料覆蓋在混凝土構件表面，以保溫保濕的作用防止混凝土構件裂縫的產生，一般可用隔熱毯、塑料膜、草簾等。同時，也要根據環境溫度的高低調整保溫材料的覆蓋厚度，尤其是對于混凝土構件的邊角部位，一定要重點保溫。如果條件允許，施工方可選擇蒸汽養護法，能夠更有效地通過溫控抑制裂縫產生。

3.4 加強混凝土約束力把控

在公路橋梁工程施工中，地基會對其穩定性與安全性形成直接影響。通常來講倘若地基在水平方向出現位移或在垂直方向發生沉降，均會對公路橋梁工程項目的質量形成負面影響，所以必須采取相關措施控制好混凝土約束力[7]。具體來講，地基基礎約束力控制措施需重視如下幾點：第一，減弱混凝土構件內部約束。因為在混凝土實施過程中，其內部溫度升高會直接影響材料的約束力，所以要采取保溫措施弱化溫度對內應力的影響，進而降低對混凝土構件的負面影響。第二，在對外部地基約束力的控制過程中，要重點控制混凝土澆筑厚度，如此能減輕混凝土對地基的影響，并且也能確保內外溫度保持平衡。第三，約束力把控還要重視移動層的優化設置，要保證移動層與混凝土結構之間的協調，防止公路橋梁出現裂縫。值得注意的是，混凝土施工完成后，要進行抗裂性能的計算，倘若是全預應力混凝土構件，其抗應力必須滿足一定條件，具體如表1所示。

表1 全預應力混凝土構件抗裂性能表

4 結語

綜上所述，公路橋梁混凝土裂縫的形成與溫度因素有著內在聯系，結合文章分析，在施工準備階段需要優化混凝土配合比，嚴控水泥、水、砂石等材料的用量；在施工階段要重視各項降溫措施的及時應用，確保混凝土構件內外溫差在25℃左右；在養護階段要根據混凝土施工規模大小選擇恰當的方法，做好混凝土內部結構溫度監測。此外，施工單位需要密切關注項目所在地的氣候特點與溫度變化走勢，厘清溫度與混凝土裂縫產生的關系，從科學施工著手，保障公路橋梁混凝土構件的穩定性與安全性。