摘要：嚴(yán)格按照國家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)找出混凝土橋梁產(chǎn)生裂縫的原因及采取防治措施，保證結(jié)構(gòu)安全耐用，對提高公路使用效率和保證公路的正常運(yùn)營至關(guān)重要。混凝土在公路和橋梁工程建設(shè)中占有重要地位,而由此產(chǎn)生的裂縫問題也較為普遍。究其原因,對混凝土溫度應(yīng)力的變化注意不夠是其中之一。在大體積混凝土施工中,溫度應(yīng)力及溫度控制是關(guān)鍵性的問題,本文主要對公路與橋梁施工中混凝土裂縫的成因和處理對策做出了分析，可供同行參考借鑒。

關(guān)鍵詞：混凝土;溫度應(yīng)力;裂縫;控制

前言

本文主要就混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的分析, 雖然學(xué)術(shù)界對于混凝土裂縫的成因和計(jì)算方法有不同的理論, 但對于具體的預(yù)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一的, 施工中只要我們多觀察、多比較, 出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié), 結(jié)合多種預(yù)防處理措施, 混凝土的裂縫問題是完全可以避免的。

一、公路與橋梁施工中裂縫產(chǎn)生的原因分析

在混凝土中產(chǎn)生裂縫的原因很多, 主要包括溫度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性、結(jié)構(gòu)不合理、原材料不合格( 如堿骨料反應(yīng)) 、模板變形、基礎(chǔ)不均勻沉降等。在混凝土硬化期間水泥會放出大量水化熱, 內(nèi)部溫度不斷上升, 在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中, 由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束, 又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會

在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力, 當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí), 即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢, 但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化, 如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕, 表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束, 也往往導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。混凝土是一種脆性材料, 抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右, 短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有(0.6～1.0) ×104, 長期加荷時(shí)的極限位伸變形也只有(1.2～2.0)×104。由于原材料不均勻、水灰比不穩(wěn)定以及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象, 在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的, 存在著許多抗拉能力很低、易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中, 拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān), 混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力, 則需依靠混凝土自身來承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力,但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度, 往往會在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力, 有時(shí)溫度應(yīng)力可超過其他外荷載所引起的應(yīng)力, 因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。

二、公路與橋梁施工中溫度應(yīng)力分析

1、溫度應(yīng)力的形成過程，溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段。

早期： 自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束, 一般約為30d。這個(gè)階段有兩個(gè)特征： 一是水泥放出大量的水化熱; 二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化, 這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。中期： 自水泥放熱作用基本結(jié)束至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止, 這個(gè)時(shí)期中, 溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起, 這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加, 在此期間混凝土的彈性模量變化不大。晚期：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是由外界氣溫變化所引起的, 這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。

2、溫度應(yīng)力形成的原因，溫度應(yīng)力形成的原因可分為以下兩類。

自生應(yīng)力： 即邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu), 如果內(nèi)部溫度是非線性分布的, 則會由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)溫度應(yīng)力。例如橋梁墩身, 結(jié)構(gòu)尺寸相對較大, 混凝土冷卻時(shí)表面溫度低, 內(nèi)部溫度高, 在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力, 而在中間則出現(xiàn)壓應(yīng)力。約束應(yīng)力： 即結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束, 不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下, 需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算。混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松馳, 計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí), 必須考慮徐變的影響, 具體計(jì)算方法這里不再細(xì)述。

三、公路與橋梁施工中溫度的控制和防止裂縫的對策分析

防止裂縫, 減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手�？刂茰囟鹊拇胧┤缦拢篴)采用改善骨料級配, 用干硬性混凝土, 摻混合料, 加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;b)拌和混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;c)熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度, 利用澆筑層面散熱;d)在混凝土中埋設(shè)水管, 通入冷水降溫;e)規(guī)定合理的拆模時(shí)間, 氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫, 以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;f) 對施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu), 在寒冷季節(jié)采取保溫措施。改善約束條件的措施是：a)合理地分縫分塊;b)避免基礎(chǔ)過大起伏;c)合理地安排施工工序, 避免過大的高差和側(cè)面的長期暴露。此外, 改善混凝土的性能,提高抗裂能力, 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù), 防止表面干縮, 特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫也是十分重要的。同時(shí)應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫, 因出現(xiàn)貫穿裂縫后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的, 故施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。在混凝土施工中, 為了提高模板的周轉(zhuǎn)率, 往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí), 應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間, 以免引起混凝土表面的早期裂縫。在混凝土澆筑初期, 由于水化熱的散發(fā), 會在表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力, 此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高, 此時(shí)若拆除模板, 表面溫度驟降, 必然引起溫度梯度, 從而在表面附加一拉應(yīng)力, 與水化熱應(yīng)力疊加, 再加上混凝土干縮, 表面的拉應(yīng)力就會達(dá)到很大的數(shù)值, 導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料, 如泡沫海棉等, 對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力, 具有顯著的效果。

四、混凝土的早期養(yǎng)護(hù)問題分析

混凝土常見的裂縫, 大多數(shù)是不同深度的表面裂縫, 其主要是因溫度梯度造成的, 寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫, 所以說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā), 保溫應(yīng)達(dá)到下述要求：a) 防止混凝土內(nèi)外溫差及混凝土表面梯度, 防止表面裂縫;b)防止混凝土超冷, 應(yīng)盡量設(shè)法使混凝土施工期的最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度; c)防止老混凝土過冷, 以減少新老混凝土間的約束。混凝土的早期養(yǎng)護(hù), 主要目的在于保持適宜的溫濕條件, 以達(dá)到兩個(gè)方面的效果, 一方面是使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲, 防止有害的冷縮和干縮; 另一方面是使水泥水化作用順利進(jìn)行, 以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。適宜的溫、濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的�；炷�土的保溫措施常常也有保濕的效果。從理論上分析, 新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而且有余, 但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失, 從而推遲或妨礙水泥的水化, 尤其是表面混凝土最容易而且會直接受到這種不利影響,因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期, 在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來。

五、結(jié)語

在公路橋梁工程中裂縫幾乎無所不在。盡管我們在施工中采取各種措施, 小心謹(jǐn)慎, 但裂縫仍然時(shí)有出現(xiàn)。在大體積混凝土施工中, 溫度應(yīng)力及溫度控制是關(guān)鍵性的問題, 在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫, 影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性, 溫度變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響。由于遇到的主要是施工中的溫度裂縫問題, 因此本文以上對施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做出了詳細(xì)的分析。

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