公路与桥梁混凝土施工温度与裂缝防治分析

摘要：施工温度是影响公路与桥梁混凝土工程建设的主要因素之一。施工温度若控制不合理，容易使得公路桥梁产生裂缝，影响道路的稳定性和安全性。文章在阐述温度应力对公路与桥梁的影响基础上，分析了公路与桥梁混凝土裂缝的发生机理，并提出混凝土温差裂缝防治策略。

关键词：混凝土;施工温度;裂缝

文献标识码：U418.6-A-09-024-3

0 引言

混凝土是公路与桥梁工程建设的重要材料，从结构形态来看，其具有较为突出的刚度和稳定性，能够充分满足公路与桥梁项目的耐久性需要。然而混凝土结构受温度影响较大，一旦不能合理地控制施工温度，势必导致道路产生裂缝，影响公路与桥梁的稳定性和安全性。本文就公路与桥梁混凝土施工温度与裂缝防治的对策展开分析。

1 温度应力对公路与桥梁的影响

约束应力与自生应力是公路与桥梁混凝土裂缝的两种主要形式。就约束应力而言，其主要是受到外界温度变化而引起的。具体而言，部分公路与桥梁的建设时间跨度较长，这使得工程温度变化明显，施工过程中，已完成施工部分与正在建设部分的固化环境较为恶劣，由此给公路与桥梁结构增加了一定的作用力，影响了结构的整体性。而自应力变化是由混凝土结构本身的特征所引起的，其在建设及使用过程中，本身产生一定的约束作用力，由此对内部结构产生影响，并导致公路与桥梁出现了裂缝。

根据混凝土温度应力产生的时间差异，人们将混凝土中的温度应力分为三个阶段。早期阶段从浇筑混凝土开始，一直持续到混凝土放热结束（见图1）。在该阶段内，已浇筑的混凝土本身会发生水化热反应，这使得其内部应力分布发生剧烈变化，影响混凝土的弹性模量。当混凝土放热结束后，混凝土性质会逐渐趋于稳定，这一时间段为混凝土温度应力的中期阶段。与温度应力早期阶段相比，这一阶段的弹性模量变化虽然不够明显，但其仍然会产生些许应力，并且这些新产生的应力会与早期阶段余下的应力相互重叠，并对公路与桥梁产生综合作用。温度应力到达晚期时，材料本身已经完全冷却，此时，其应力变化主要是由于外界环境变化所引起的。

2 公路與桥梁混凝土裂缝发生机理

2.1 混凝土发生自缩

公路与桥梁工程建设中，混凝土本身会发生一定的自缩反应，这与混凝土原材料的选择和应用有较大关系。（1）水泥是造成混凝土自缩的重要原因。通常，在水泥硬化过程中，其水分消耗和蒸发量能达到20%，同时，其余的水分会通过末期外部变化进一步流失，这使得水分蒸发与混凝土自缩的平衡关系被打破[1]。工程建设中，一旦水泥中水分蒸发量过大，且明显超出混凝土的自缩值，则会产生较为严重的混凝土裂缝问题。（2）混凝土自缩还与外加剂的应用有一定关系。外加剂应用的目的在于提升混凝土材料自身的功能属性，在一定程度上，外加剂会影响混凝土的流动速度，确保混凝土浇筑的密实性，然而外加剂类型、用量不同，其对混凝土的影响也就不同，因此为防止混凝土产生自缩裂缝，需注重外加剂和用量的合理选择。此外，混凝土材料中包含了一定的矿物质材料，与外加剂不同的是，矿物质材料本身不会对混凝土造成影响，然而当用量设计不合理时，水泥的自缩值会受到一定的影响，由此间接影响了混凝土材料的性能，导致公路与桥梁出现裂缝。

2.2 混凝土水化热反应

水化热反应是混凝土工程建设中的一种常见现象，项目施工中，水泥会释放出一定的热能，这些热量会随着浇筑施工传递到公路与桥梁混凝土结构内部。当路桥工程混凝土用量较大时，这些热量很难有效地散发出去，同时，混凝土构造的路面防护体系相对较厚，这使得混凝土路面具有一定的聚合作用，其导致水热化中释放的热量无法及时散出，由此造成了公路与桥梁内外温度差异较大。当内外温度应力超出混凝土设计标准时，就会产生一定的破坏，导致公路与桥梁发生裂缝。

2.3 施工环境变化

相比于其他结构形式，混凝土公路与桥梁本身具有较强的稳定性和耐久性。然而在施工中，其不可避免地会受到热胀冷缩这一自然现象的影响。项目施工中，一旦外界施工环境发生骤然变化，混凝土结构本身也就会受到一定的影响，当温度升高时，混凝土表面的温度较高，水分蒸发较快，极易产生干缩裂缝;而当温度降低时，混凝土结构外部温度低，内部温度高，内部热力膨胀会对外界阻碍形成一定的冲击，并在一定温差下产生裂缝。

3 公路与桥梁混凝土温差裂缝防治

3.1 注重温度应力变化

公路与桥梁混凝土温差裂缝防治过程中，首先应控制混凝土温度应力的变化情况。（1）水泥的拌和会产生一定的热量，因此在施工中应合理地设计水泥的实际用量，即施工人员应在考虑工程质量标准的基础上，结合水泥基本属性进行添加。需注意的是，可通过选用低水化热水泥进行水化热温度控制，如采用f45、f60、f90代替f28水泥等（见表1），这样能将水泥水化热反应控制在预期目标之内，减少水化热对公路与桥梁结构的影响。（2）在温度控制中，应合理选择公路与桥梁建设的季节，减少外界温度因素对混凝土的影响。如遇到恶劣天气施工时，应做好浇筑混凝土的防晒及避雨处理，防止混凝土结构产生裂缝。此外，随着现代施工工艺的成熟，人们开始采用强制措施进行混凝土公路与桥梁施工温度的控制，如在大体积混凝土内部温度控制中，可采用人工注水的方式平衡混凝土内外温度，以此来提升工程项目的建设质量。

3.2 优化混凝土抗裂性能

混凝土材料是影响公路与桥梁建设质量的重要因素。在施工过程中，施工人员还可通过优化混凝土抗裂性能的方式进行温差裂缝控制。（1）在材料选择中，应注重水泥材料的合理选取，尽可能地减少水泥水分的蒸发量。（2）添加剂影响着水泥的流动速度和自缩值，在混凝土添加剂的选择中，应考虑添加剂本身的自缩性能，防止施工中出现裂缝现象。当施工条件允许时，可引入一定的金属纤维，这样能提升混凝土的抗裂性，并最终提升公路与桥梁工程的施工质量。（3）技术人员应进行行之有效的试验测试，做好不同比例下材料应用性能的记录，并从中选择最优比例的混凝土进行施工，从源头上保证工程项目建设质量。

3.3 注重约束力控制

地基基础的约束力控制措施为：

（1）弱化混凝土内部的约束力。这是由于在施工中，混凝土内部温度增加会使得材料的约束力受到影响，此时，通过保温措施可使得温度对内应力的影响降至最低，从而减少其对混凝土结构的影响。

（2）在外部地基约束力控制中，需注重混凝土浇筑厚度的有效控制，这样既避免了混凝土对地基的影响，同时也有效地保证了内外温度的均衡。

（3）控制约束力还应注重移动层设置的有效优化，最大限度地确保移动层与混凝土结构的协调性，避免公路与桥梁发生裂缝。需注意的是，完成混凝土桥梁施工后，还应注重桥梁抗裂性能的有效计算。如针对全预应力混凝土构件，其抗应力应满足以下条件（如表2所示）。

3.4 规范混凝土保养

优化混凝土保养能有效地提升工程项目建设质量，防止其产生施工裂缝。在公路与桥梁工程养护时，防止混凝土表面失水是其控制的核心所在。对此，应注重对混凝土固化过程中失水的有效控制，尤其是混凝土表面，应尽可能地覆盖保湿膜，防止水分过快蒸发出现干缩裂缝。其次，采用注水法进行混凝土内部温度控制，应结合水的温度进行其流速的合理管理。同时在冷却管设计中，应对冷却管进行注浆或者真空压浆处理，提升混凝土工程的整体强度。最后，还需严格控制混凝土的养护时间，通常，公路与桥梁工程养护时间应≥14 d，以此有效保证公路与桥梁建设的质量。

4 结语

施工温度对于公路与桥梁工程建设具有较大影响，其是造成公路与桥梁施工裂缝的重要原因。工程项目建设中，人们只有充分认识到温度应力对公路与桥梁的影响，并在探究公路与桥梁混凝土裂缝发生机理的同时，规范化地进行防治处理，才能有效地避免工程项目出现温差裂缝，提升公路与桥梁建设质量。

参考文献

[1]侯 伟.公路与桥梁混凝土的施工温度控制及其裂缝对策[J].低碳世界，2018（2）：244-245.

收稿日期：2021-03-18

作者简介：

赵有富（1983—），工程师，主要从事公路工程监理及计量工作。