混凝土温度裂缝在公路工程中的相关探讨

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摘要：随着交通基础建设得到迅猛发展，各地兴建了大量的混凝土桥梁、公路和建筑。在建造和使用过程中，有关因出现裂缝而影响工程质量的报道屡见不鲜，而温度效应对混泥土裂缝的影响一直是公路工程中很值得关注的问题。因此，采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。

关键词：混凝土 裂缝 公路

一、混凝土温度裂缝产生的原因

温度变化引起的裂缝是当外部环境和结构内部温度发生变化时，混凝土将发生变形，结构内将产生应力，温度应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。引起温度变化外部主要因素有：

1)年温差。一年中四季温度不断变化，当结构的位移受到限制时就会引起温度裂缝。年温差一般以一月和七月的月平均温度作为变化幅度。

2)日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其他部位，温度分布呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。日照和骤然降温是导致温度裂缝的最常见原因。

3)骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降，但由于内部温度下降较慢而产生温度梯度。日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实际资进行，混凝土弹性模量不考虑折减。

4)蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝。

引起结构内部温度变化的主要因素是水泥的水化热反应。施工中混凝土浇筑以后，水泥放出大量水化热，混凝土温度升高。由于混凝土导热不良，体积过大，相对散热较小，混凝土内部水化热积聚不易散发，外部则散热较快。升温阶段，混凝土表面温度总是低于内部温度。依据热胀冷缩的原理，中心部分混凝土膨胀的速度要比表面混凝土快，中心部分与表面质点间形成相互约束，中心属于约束膨胀，不会开裂；表面属于约束收缩，当表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。而随着水泥水化反应的减慢及混凝土的不断散热，混凝土由升温阶段过渡到降温阶段，温度降低，体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发，降温阶段，混凝土表面温度与中心温度仍然存在差值，如果过大，同升温阶段一样产生表面裂缝。降温过程，混凝土体积收缩，同时，考虑到边界条件和地基的约束，属于约束收缩。但此时，混凝土龄期增长，强度增大，弹性模量增高，因此，降温收缩产生的拉应力较大，除了抵消升温时产生的压应力外，在混凝土中形成了较高的拉应力，超过混凝土的抗拉强度关，就引起混凝土的贯穿裂缝。水泥水化硬化，水是必备的前提条件，但混凝土为了满足施工和易性的要求，通常所加水量是水泥水化所需水量的数倍，多余的水为游离水，游离水容易蒸发，引起体积收缩（称为干缩）。干缩与混凝土降温产生的冷缩叠加，增大了混凝土中的拉应力，加剧了混凝土中裂缝的产生。

二、温度应力形成过程及引起的原因

温度应力的形成可分为以下三个阶段：

1 早期自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30 天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量水化热，二是混凝土弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。

2 中期自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝土的弹性模量变化不大。

3 晚期混凝土完全冷却以后的服役时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相叠加。对于边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。

结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。此时的应力称为约束应力。

这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰，所以计算温度应力时，还必须考虑徐变的影响。

三、温度裂缝控制措施

针对温度收缩变形的特点，以上具体的分析了影响温度收缩变化的具体因素，为有效的控制混泥土裂缝的产生与扩展，相应的从结构与结构设计材料质量施工措施三个方面来考虑裂缝的控制措施

1结构与结构设计方面

(1)减少结构约束

约束是变形变化产生裂缝的必要条件，假如没有约束存在，那么变形弯化不会使结构或构件产生应力，亦不会使结构或者构件开裂底板的变形变化受到地基垫层桩基础等的约束，侧墙受到地基基础底板顶板的约束，顶板受到侧墙的约束减小结构或者构件受到的约束程度可以相应的减小结构或者构件的约束应力为了减小地基对底

板造成的外部约束，可以在地基与底板之间设置滑动层或者缓冲层，缓冲层用于构件局部突出嵌入岩石的情况在地板和垫层之间设置滑动层，减小底板受到的约束程度，让地板在变形变化作用下有更大的伸缩的自由度，以至于可以释放有变形变化所引起的应力。

(2)设置伸缩缝

设置伸缩缝就是把长度比较大的结构分成若干个长度比较小的单元结构，其本质就是减小独立结构的长度，从一定意义上说，就通过减小结构的长度来减小约束作用缩缝间距可以释放一定的温度收缩变形引起的变形变化，使由于约束产生的应力不致使结构开裂但伸缩缝的设置会破坏结构的整体性，对施工维护和结构抗震度是

不利的，对于，还会带来使用上的不便，而且容易发生诸如渗漏等的使用隐患。

(3)设置后浇带

设置后浇带是目前运用比较广泛的防止温度收缩变形产生裂缝的一种方法并且是扩大伸缩缝间距或者取消伸缩缝的有效措施后浇带是施工期间设置的临时变形缝，其目的是释放早期的温度收缩变形变化早期混凝土的收缩量比较大且温度场相对不稳定，后浇带必须留置一定的时间，根据具体的情况，留置时间可不同，但从理论上说后浇带留置时间尽可能长些，温度收缩变形释放的比较充分，效果比较好后浇带要有一定的宽度，一般规定是0.8～1.0m 但这宽度范围并不是不可以突破的，在已经发表的文章中作者指出只要施工条件允许，应将后浇带宽度尽量取的大些后浇带是为了释放变形产生的约束应力，所以穿越后浇带的连续钢筋总量越少越好。

(4)配置一定量的构造钢筋

合理的配置构造钢筋是可以比较有效的限制裂缝的扩展，但配筋不能防止裂缝的出现配筋的总的原则是细而密，一般来说，在实际工程中，所选用的钢筋直径在Φ8-16 范围内，钢筋间距一般在100～200mm 之间配置的构造钢筋需要有一定的量，可以用配筋率作为一个重要的衡量指标对于怎样的配筋率才是有效而又经济没有一个统一的认识从文献可得到通常配筋率在0.2%1%之间变化，且在此范围内，随配筋率的增加对裂缝宽度的控制效果也相应的提升；研究者倾向于采用0.8%～1%之间的配筋率，这是值得参考的；对于超过1%的配筋率，随着配筋率的增加裂缝控制的效果不明显。

(5)采用专门的预加力措施，如采用预应力控制外墙裂缝

2 材料质量方面的措施

混凝土材料自身的质量严重的影响着混凝土的性能，从材料方面对混凝土质量进行控制，是一个有效的防裂措施，具体如下:

(1)减小混凝土的收缩减小混凝土的收缩可以选用收缩值比较小的水泥，例如矿渣水泥> 普通硅酸盐水泥> 粉煤灰水泥；采用水泥细度相对较大的水泥；采用较低的水灰比；降低砂率，选用质量比较高的骨料及良好的粗骨料的级配:利用混凝土的后期强度，尽可能的选用强度等级比较低的混凝土；适当的选用外加剂和掺合料。

(2)减小混凝土产生的水化热减小混凝土水化热可以通过减少水泥用量，采用低水化热水泥和标号比较低的水泥

(3)选用质量良好的外加剂，并且适当正确的使用如采用膨胀剂配置的补偿收缩混凝土可以提高结构构件的抗裂能力

(4) 混凝土的抗拉性能比较差是由混凝土自身的组成决定的，所以首先要保证混凝土的质量，让混凝土充分的发展自身的强度:其次就是可以加入纤维来改善混凝土的受拉性能

3 施工方面的措施

施工措施对混凝土的防裂是非常重要的混凝土的浇注方案对混凝土的温度应力和温度裂缝产生较大的影响；确定合理的施工方案，选择合适的浇注时间(如避免高温天气)，保证现场混凝土质量，混凝土的浇注质量，尤其是对新浇混凝土的养护是非常关键的混凝土的养护直接影响着混凝土的早期收缩，混凝土的内外温度差以及混凝土的强度增长，总的说来，就是养护可以给混凝土营造一个有利于混凝土性能发挥的良好的外部环境对于混泥土的养护相对比较困难，这需要采取一些措施给予解决。

总之，混凝土裂缝的成因是很多的，基层裂缝的产生，一部分将反射到沥青混凝土面层，给路面带来一定的质量隐患，使路面耐久性降低。裂缝的产生重在预防，从路基、路面结构层设计和施工的各个环节都要重视。只要积极采取有效措施，规范管理，合理组织施工工序，杜绝不利因素的发生，裂缝问题一定可以减少。