公路与桥梁施工中混凝土温度应力控制及裂缝优化措施

江宏文

（江西亿嘉路桥工程有限公司，江西 抚州 344400）

0 引言

自20世纪90年代以来，我国的综合国力得到了持续、稳定的提升，国家高度重视公路、桥梁等基础设施的建设，在路桥工程方面的投资较大。混凝土在公路和桥梁等现代化工程中具有十分重要的地位，混凝土结构的质量直接影响整个公路桥梁工程的质量，如果混凝土结构存在严重裂缝，雨水就会随着裂缝进入混凝土的内部结构中，引发钢筋锈蚀，缩短工程的使用寿命。在实践中，大体积混凝土更容易受到温度应力的影响，产生裂缝的可能性也更高，施工单位需要加强对工程结构的研究，采取科学有效的控制方法，从根源上减少裂缝的产生。

1 混凝土裂缝产生的原因

1.1 外力作用造成的裂缝

大体积混凝土在公路和桥梁工程中比较常见，为确保道路桥梁施工顺利完成，施工人员必须要高度重视大体积混凝土的施工效果，避免混凝土结构出现裂缝，提高混凝土结构的承载能力。外力作用有可能造成裂缝，如果道路桥梁的承重位置出现超重荷载，混凝土就很容易出现裂缝，整体结构的稳定性也会下降。此外，如果混凝土结构在设计方面缺乏科学性，就很容易受到外力作用的影响产生裂缝。

1.2 温度应力变化造成的裂缝

对混凝土裂缝来说，温度应力是最关键、核心的影响因素，混凝土结构施工需要经过材料选择、配比、拌和、浇筑、振捣、养护等多个环节，在混凝土硬化环节，会出现大量的水化热，由于混凝土体积较大，水化热很难通过混凝土表面散发出来，这是温度应力产生的重要原因。在混凝土硬化过程中，结构内部的温度会快速上升，内外部温差较大，此时就会产生拉压力。在后期降温阶段，拉压力的强度一旦超出混凝土的抗裂范围，就会形成裂缝。

1.3 养护不当造成的裂缝

在公路桥梁施工完成后，施工人员需要对混凝土进行养护，可以采取科学的手段控制混凝土结构的内外部湿度差和温度差，通过这种方式减少混凝土裂缝，提高混凝土结构的施工质量。然而，在实践当中，部分施工人员急于开展下一环节的施工，混凝土结构的养护时间不足，养护手段不到位，这同样会造成混凝土裂缝。

1.4 施工材料不合格造成的裂缝

混凝土包含了水泥、砂石骨料等原材料，这些材料的性质比较特殊，施工中难以控制的因素较多，施工工序、施工设备、原材料质量等都会影响工程的整体效果。其中，混凝土施工材料不合格容易引发裂缝。在实践中，部分施工单位选用的水泥质量不达标，或者将不同标号、不同品种的水泥混合应用，这些都会影响混凝土结构的施工效果，诱发裂缝。因此，施工人员要高度重视混凝土施工的原材料，尤其要重视水泥的质量，选用标号统一的水泥，同时确保其他施工材料质量合格，这样才能避免裂缝的产生。

2 混凝土温度应力分析

2.1 混凝土温度应力产生的原因

在道路桥梁工程的施工过程中，温度应力难以避免，从根源上来说，混凝土产生温度应力的原因包含约束应力和自身应力，这两种情况都有可能造成混凝土裂缝。

首先，约束应力是受外界约束产生的应力，原理是混凝土部分区域或者整体结构无法自由形变，属于“外约束”。混凝土的组成材料比较特殊，在施工过程中，混凝土结构容易受到外界温度的影响发生形状变化，如果外界的某些部件制约混凝土的形变，就会产生约束应力。

其次，自身应力是指混凝土的结构并不会受到外界的限制，它可以自由发生形变，但混凝土结构处于不稳定的状态，如果混凝土结构内部的温度分布不均，也会形成温度应力，这属于“内约束”。

在公路桥梁工程的施工过程中，护栏混凝土容易出现约束应力，而桥梁的桥墩部位则经常出现自生应力。在实践中，约束应力、自身应力、干缩应力会在同一时间起作用，这会给施工人员带来一定阻碍，影响施工人员对温度应力位置的判断。

2.2 混凝土温度应力产生的过程

在公路桥梁的施工过程中，混凝土温度应力的产生过程是比较规律的，在不同时间段，混凝土的温度应力会展现出不同的特点。作为施工人员，需要掌握混凝土结构温度应力产生的过程，在不同阶段采取不同的施工工艺，减少温度应力的影响。从混凝土浇筑到混凝土结构投入使用，温度应力可以分为以下三个阶段：

2.2.1 初期阶段

初期阶段是指混凝土浇筑完成直到散热基本结束的时间段，大约30 天的时间。在初期阶段，混凝土不但会散发大量的水化热，其自身的弹性模量也会急剧变化，产生残余应力。

2.2.2 中期阶段

在中期阶段，混凝土放热作用已经基本结束，温度会逐渐稳定，这一时期的温度应力主要来源于外界的气温变化，这种应力会和早期阶段的残余应力结合起来，最终造成混凝土裂缝。

2.2.3 后期阶段

在后期阶段，公路桥梁工程中的混凝土结构在温度上已经完全稳定，温度应力来源于外界温度变化，该应力容易和前两个阶段的应力形成合力，这是造成混凝土裂缝的主要原因。

3 公路与桥梁施工中混凝土温度的控制方法

在公路与桥梁工程的施工中，混凝土裂缝的成因是多样化的，以温度应力为主。控制混凝土的温度、湿度具有较高的技术要求，需要施工人员采取科学的控制手段。在温度控制方面，施工人员需要降低混凝土内部和表面的温度差，降低混凝土的降温速率、升温速率。如果涉及新旧混凝土结构，施工人员还需要控制好新浇筑混凝土和旧混凝土构件的温差。在现场施工当中，施工人员需要从原材料配比、混凝土拌和、运输、浇筑、养护等方面入手，科学控制混凝土温度。

3.1 科学选择原材料

在公路桥梁施工中，原材料的质量直接决定了施工质量，科学选用原材料是控制混凝土结构温度的前提和基础。施工单位需要高度重视混凝土原材料，尽量选用低水化热的水泥，或使用低热微膨胀型水泥，配合洁净、坚固的骨料，加强对原材料的检验，为后期的混凝土施工奠定坚实基础。

3.2 优化混凝土的配比及拌和

混凝土的配比和拌和对后期的温度控制产生重要影响。首先，在混凝土的配比中，施工人员需要结合道路桥梁工程中不同部位混凝土的性能、承载能力、质量要求，确定出不同的配合比。为达到这一目标，施工人员需要掌握公路桥梁工程的建设需求，严格按照公路桥梁工程的设计标准，科学选择混凝土的配合比。其次，在混凝土拌和中，施工人员需要严格控制水量，通过控制水量的方法来降低温度。在搅拌工艺上，施工人员可以采用二次投料的净浆裹石工艺、砂浆裹石工艺，减少水化热，提高混凝土结构的质量。实践数据表明，这两种方法能够使混凝土的强度提高10%，同时节省5%的水泥。

3.3 在夏季做好散热措施

在公路桥梁工程的施工中，施工人员需要充分考虑外界的气温因素做好相关措施。夏季气温较高，散热是最重要的施工措施，工作人员需要通过多种手段帮助混凝土散热。在混凝土浇筑时，工作人员要减少混凝土的浇筑厚度，帮助混凝土通过表层完成散热。在第一层混凝土凝固之前，施工人员需要完成第二次的浇筑工作，合理安排混凝土的浇筑时间，提高浇筑质量。通常情况下，夏季施工可以在早上和傍晚进行混凝土浇筑，避免中午浇筑，这样才能帮助混凝土散热，有效预防温度裂缝。

3.4 在冬季做好保温措施

在混凝土结构的施工中，冬季需要全程做好保温、防冻、防风等措施。在材料选用上，混凝土结构的施工需要选用水泥、粉煤灰、高效减水剂等。施工人员需要事先将这些材料存放在棚中，进行预热保温。在拌和阶段，施工人员可以添加热水，还可以对骨料进行加热，运用蒸汽加热、电加热等方法，满足混凝土的保温需求。在冬季施工中，施工人员需要确保混凝土拌和物出机温度达到10C，入模温度保持在5C 以上。在混凝土的运输过程中，运输人员需要在做好保温、防风措施的基础上，保证运输工具严密、无漏浆，最大程度地减少热量散失。针对桥面预制板来说，施工人员可以用双层薄膜搭建暖棚，罩住预制完成的桥面板，并在暖棚内布置油灯，用油灯来加热，防止混凝土受冻。

3.5 利用水循环进行降温

混凝土会产生水化热现象，因此，在混凝土结构的施工过程中，施工人员需要做好降温措施。为达到良好的降温效果，施工人员可以利用水循环的方法加快散热。水循环的方法能够通过冷水管对混凝土结构进行降温，施工人员需要在混凝土的施工地点提前埋设水管，然后注入冷水。水循环的方法能够达到良好的降温效果，是一种科学有效的降温措施，能够预防混凝土结构的温度裂缝，进一步提高施工质量。

3.6 在后期养护中进行保温

混凝土的养护工作直接决定了混凝土结构的质量，在养护环节，施工人员需要做好保温和保湿等措施，才能有效减少混凝土裂缝。在实践中，公路和桥梁工程通常需要使用大量的大体积混凝土，这些混凝土更容易产生裂缝，对保养的技术要求也更高。针对大体积混凝土的养护工作，施工人员需要在浇筑完成后的12h 内进行养护，把握好最佳的养护时机，完成浇水、覆盖等操作，养护工作长达14d，施工人员必须要严格按照养护标准，确保养护时限。在养护过程中，施工人员可以使用塑料布等材料塑造一个保温层，帮助混凝土保温保湿，使混凝土的表面更加温润。在降温阶段，施工人员同样需要控制好保温层，使混凝土结构的降温速度放缓。

4 公路与桥梁施工中混凝土裂缝的修补措施

在公路与桥梁工程中，混凝土结构是重要构件，如果混凝土结构出现裂缝，就会影响整个工程的美观性、安全性，缩短公路桥梁的使用年限。首先，混凝土裂缝会使雨水渗入，加速钢筋混凝土的腐蚀速度，降低整个混凝土结构的防渗漏能力，影响混凝土的耐久性。其次，混凝土结构的裂缝还会影响公路桥梁的承重能力和服务功能，引发其他更加严重的病害，例如沉降等。针对温度裂缝问题，施工人员需要做好早期的预防，在施工过程中预防温度裂缝。针对已经出现的裂缝，需要加强检查，结合裂缝产生的部位、裂缝的宽度和深度，采取科学的修补措施，避免裂缝进一步扩大。

4.1 表面处理法

表面处理法可以细分为表面涂抹法和表面贴补法。在公路桥梁工程的使用过程中，一些混凝土结构会出现细浅的裂缝，这些温度裂缝不漏水，深度没有达到钢筋表层，不会继续活动、伸缩，可以应用涂抹法应对。针对裂缝面积较大、不易确定漏水位置的裂缝，施工人员可以采取表面贴补法，使用土工膜或其他防水片，通过贴补的手段防渗堵漏。表面修补法适用于宽泛性较小、结构稳定的混凝土温度裂缝，能够起到良好的修复效果，减少裂缝的危害。

4.2 填充法

混凝土结构出现裂缝后，施工人员可以运用填充法来修补裂缝，该方法通常用于较宽裂缝的修补当中，具有作业工序简单、成本低等特点，在实践中应用广泛。有些混凝土裂缝中存在填充物，难以应用填充法完成裂缝修补，工作人员可以对裂缝进行简单处理，在裂缝部位开出“V 型槽”，然后再完成填充。

4.3 灌浆法

灌浆法是将浆液注入裂缝中，改善混凝土结构的裂缝修补方法。该方法能够封填裂缝、堵截流水、降低渗透性、提高混凝土的抗渗能力、降低孔隙压力。在实践中，施工人员使用钻机、灌浆设备、过滤管等工具，按照规范的顺序完成灌浆。灌浆法适用范围较广、效果良好，无论是细微裂缝还是大裂缝，都可以应用灌浆法。

4.4 结构加固法

混凝土结构是公路和桥梁工程中的重要结构，当混凝土结构的裂缝影响公路桥梁的整体结构性能时，就需要对结构进行加固，完成裂缝修补。在实践中，结构加固法根据操作手段不同，分为增设支点加固、粘贴钢板加固、采用预应力法加固等，这些方法能够对混凝土的整体结构进行调整，同时增强公路桥梁的结构性能。

4.5 置换法

置换法主要应用于混凝土损坏严重、温度裂缝面积较大的情况，施工人员将严重损坏的混凝土结构清理干净，然后重新浇筑，这种方法费用较高，对浇筑技术的要求也较高，施工人员需要结合实际情况，判断是否应用置换法。

5 结语

当前，很多公路桥梁工程应用大体积的混凝土结构，这些混凝土结构在整个公路桥梁工程中承担着重要作用。混凝土原材料的物理化学性质比较特殊，容易产生温度裂缝，施工人员需要在原材料选择、混凝土搅拌、养护等环节中预防温度裂缝，同时在后期做好裂缝修补工作。混凝土裂缝产生的原因是多方面的，外力因素以及温度应力都会诱发裂缝，在施工过程中，施工人员需要结合外界的温度做好散热措施或保温措施，优化混凝土的原材料，改进搅拌工艺，优化浇筑过程，开展后期养护，才能预防裂缝。