公路与桥梁施工中混凝土温度应力控制与裂缝处理

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  摘要:在公路与桥梁建设过程中,混凝土出现裂缝的现象时有发生,其主要原因是施工人员甚至设计人员没有充分重视其施工温度与裂缝之间的关系。其实,在公路与桥梁建设施工过程中,混凝土经常出现温度裂缝,对公路与桥梁的美观性、承载能力与耐用性产生极其重要的影响。此外,在后期的运转过程中,温度的变化对公路与桥梁结构应力状态的影响也是十分显著、不容忽视的。因此,研究温度应力与温度控制,对公路与桥梁裂缝的防治具有十分重要的意义。本文主要对公路与桥梁混凝土的施工温度与裂缝防治进行了探讨。
  关键词:公路;桥梁;混凝土;施工;温度;裂缝
  中图分类号:U412文献标识码: A
  一、混凝土施工温度与裂缝因素探析
  1、温度的应力的形成与影响
  在混凝土当中,温度应力的形成需要经历三个过程,分别是早期,从混凝土浇筑完成到放热结束为止,一般需要30d,在此期间,水泥将释放大量水化热,致使混凝土弹性模量发生剧烈变化,进而于内部生成应力;中期,从放热结束到混凝土性质稳定为止,该时期混凝土弹性模量无明显变化,但早期余下应力与受温差变化而产生的应力将相互重叠;晚期,从混凝土完全冷却下来后开始,此阶段出现的温度应力一般是因外界温度变化过大所导致,且会与早期、中期应力共同重叠。
  温度应力对混凝土造成的影响主要有两个方面:一是约束应力,是由于结构的个别边界或全部边界受到外界因素的抑制,导致其不能任意变形而引发的应力,该种温度应力常与干缩应力相互结合而产生共同作用。施工人员要预测混凝土温度应力,只有全方位掌握施工现场的具体情况、温度以及混凝土配合比等种种信息才可实现。二是自生应力,即结构边界缺乏任何制约力量,使得结构处于不稳固状态,在该种情况下,其内部发生的任何非线性分布都会由于结构自身力量相互制约而形成温度应力。
  2、公路与桥梁混凝土裂缝产生的原因
  公路与桥梁混凝土中产生裂缝的原因有很多,主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理、原材料不合格、模板变形、基础不均匀沉降等。公路与桥梁混凝土在硬化过程中,水泥会释放出大量的水化热,从而使其内部温度持续升高,在表面形成拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。环境温度的下降,也可能在公路与桥梁混凝土表面产生非常在的拉应力。当上述提到的公路与桥梁混凝土可能出现的拉应力大于其抗裂承受能力时,就会产生裂缝。在日常生活中,公路与桥梁混凝土的内部湿度变化往往很小或者十分缓慢,而其表面湿度却可能发生很大的变化或者骤然变化,如果养护不周、骤干骤湿,与可能由于混凝土的干缩形变而产生裂缝。在钢筋混凝土中,主要由钢筋来承担拉应力,混凝土只承受压应力或承受很小的拉应力。在钢筋混凝土的边缘部位或素混凝土中,如果结构中出现了拉应力,则只能依靠混凝土自身来承受。
  二、混凝土的施工温度与裂缝防治策略
  1、施工前准备阶段混凝土原材料与配合比优化对策
  由上可知,混凝土在施工期间发生裂缝的常见因素是由原材料与配合比不合标准所致,因此,在施工前准备阶段应采取以下措施以保证混凝土质量。首先,在选用混凝土配合比材料前应对工程的整体概况有大致了解,能够掌握工程基本的设计要求以及工程对承载力的标准,而后再以这些信息为依据选择适宜的混凝土配合比材料,其中特别要注意的是水泥品种与等级的选择,若水泥等级过低,将会对混凝土的刚性与强度造成影响,进而降低路桥工程质量,而若水泥等级过高,则会由于在混凝土中释放过量水化热而令混凝土产生裂缝。此外,在选用砂石等原材料时也不可掉以轻心,确保工程中的所有材料都达到规定要求。其次,膨胀剂的选择应根据路桥工程的实际情况与混凝土配合比来决定,注意各个品种的膨胀剂可产生的膨胀效果及其掺料,从中选出最适于该工程的配置。其三,相关施工人员在施工前必须对补偿收缩技术有一定程度的了解,以保证该技术在施工期间中得到正确合理的运用。
  2、公路与桥梁施工过程中的施工温度控制
  通过改善骨料级配,用干硬性混凝土、掺混合料、加引气剂或者塑化剂等措施来减少水泥在混凝土中的使用量。从而减少了水泥硬化所释放出来的水化热,达到控制施工温度的目的。
  在炎热的天气进行混凝土浇筑时,应减小浇筑厚度,利用浇筑层表面进行散热。同时,为了减小由于环境温度升高,造成公路与桥梁混凝土表面温度与结构内部温差过大而产生的温度强力,应在公路与桥梁混凝土表面铺盖一层覆盖物,通过对覆盖物浇水等措施来控制其表面温度,减小表面温度与结构内部温差过大、结构内部水分蒸发过快而产生的裂变。
  在寒冷的季节施工时,应在公路与桥梁混凝土表面采取适当的保湿措施,以控制其表面温度,减小公路与桥梁混凝土结构内部与表面温差。
  在公路与桥梁内部铺设冷却管,通过水循环进行降温。公路与桥梁混凝土在硬化过程中,水泥将释放大量的水化热,使其结构内部温度过大。如果预先铺设好冷却管,并在混凝土浇筑完成时立即通水循环冷却,从而控制施工温度对公路与桥梁裂变的影响。当然,为了不影响混凝土结构强度和其它性能,后期必须对冷却管进行注浆和压浆工作。
  合理规划拆模时间,以防止混凝土表面温度聚变现象的发生。
  3、合理修补裂缝
  在施工过程中若发现存在裂缝,必须立即采用处理措施进行修补,以防裂缝加深。在公路桥梁施工中常采用的裂缝修复法主要有:表面修补法。该方法适用于表浅的棍凝土裂缝,主要是通过对混凝土表面涂抹水泥浆进行修补,对混凝土的承载力无影响,应用比较广泛;灌浆修补法。该方式适用于深度较深的裂缝或对混凝土结构完整完整性有危害的裂缝。灌浆修补法通过将水泥浆、环氧聚合物及聚氨酷或甲基丙烯酸酷等灌浆材料灌注到裂缝中,在浆液硬化后起到修复的效果;嵌缝法。该方法是在裂缝处开槽,并向槽中填充封堵材料,从而实现修复裂缝的目的,且修复后的裂缝外观平整,有利于提高桥梁的外观质量;结构加固法。该方法主要包括对混凝土结构截面面积、预应力、支点以及混凝土的补强加固,以增强混凝土的结构强度,改变其结构性能,从而提高公路桥梁的使用性能及使用壽命。
  4、养护阶段冷却管降温对策
  由于混凝土硬化期间其内部将释放大量热量致温度升高,为此,可通过预先在其结构内部布置冷却管路,于浇筑完成后立刻开启水流来达到降温目的。通常情况下,进水温度为10℃以下时,水流时速应为1500L/h,如进水温度偏高,则水流时速也应适当调快;同时,还应合理设置冷却水出口,确保冷却管排水不会对施工部位产生不良影响,另外,为提高水利用率,在混凝土全部完成初凝后可根据情况对混凝土实施蓄水保温养护措施。养护结束后,由于冷却管为中空,若不采取任何措施将会对混凝土整体结构的强度造成影响,为此,可实施真空压浆或注浆措施将空管填满,从而使混凝土性能得到保证。
  5、改善公路与桥梁混凝土的约束条件
  5.1对公路与桥梁混凝土进行合理的分块
  当环境气温发生变化时,公路与桥梁混凝土也会随着环境温度的变化而发生结构温度变化,产生形变,此时,如果设计、施工过程中对公路与桥梁进行了合理的分块,给混凝土留下足够的热胀冷缩的空间,将会大大减小公路与桥梁混凝土受到的约束应力,从而减小温度应力对其的影响,防止裂变的发生。
  5.2避免公路与桥梁的路基过大的起伏
  平整的路基,能够使公路与桥梁的混凝土具有更大的抗裂能力,过大的起伏将减小混凝土的抗约束力,从而容易产生裂变。
  5.3合理安排施工工序,避免侧面长期暴露和存在过大的高差
  此外,为了保证公路与桥梁的工程质量,提高公路与桥梁混凝土的性能,提高抗裂能力,必须加强公路与桥梁进行后期养护,以防止表面干缩产生裂变。公路与桥梁的裂变防治工作必须以预防为主,一旦出现裂缝,将难以修复至其原有的性能。
  结束语
  随着我国公路桥梁建设事业的不断发展,对公路桥梁的施工质量要求越来越高。在公路桥梁施工中,裂缝问题是影响工程施工质量的主要因素,严重影响公路桥梁的使用性能及使用寿命。因此在公路桥梁施工中,必须要釆取有效的裂缝防治措施,以减少公路桥梁裂缝的产生,从而提高工程的施工质量。
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