談溫度在混凝土路面施工中的影響

梁 磊

(潞城市交通運(yùn)輸局，山西潞城 047500)

混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位，具有穩(wěn)定性好、承載力強(qiáng)、日常維護(hù)費(fèi)用低、使用壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于道路建設(shè)當(dāng)中。然而，受多種因素的影響，仍然出現(xiàn)了裂縫等多種問題，其中溫度對建設(shè)質(zhì)量的影響很大，這些都是施工過程中需要解決的問題［1］。本文對溫度在路面施工中的影響進(jìn)行了分析，并給出了改進(jìn)施工質(zhì)量的溫度控制措施。

1 溫度對混凝土拌合水量、坍落度的影響

坍落度是指混凝土是否易于施工操作和具有均勻密實(shí)的綜合性能，包含流動(dòng)性、粘聚性和保水性。在拌合水量不變的情況下，環(huán)境溫度和混凝土出機(jī)溫度越高，混凝土中水分的蒸發(fā)速度越快，水泥早期的水化速度也就越快，坍落度也就越小。

圖1為溫度對于坍落度的影響。依據(jù)施工現(xiàn)場總結(jié)的規(guī)律，一般情況下混凝土溫度提高4℃，坍落度大約減少15mm，若要使坍落度保持不變，則需要增加3kg～5kg的拌合水。

2 溫度對混凝土強(qiáng)度的影響

溫度對混凝土強(qiáng)度的影響主要有3方面:1)水化反應(yīng)的速度;2)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性;3)蒸發(fā)和干燥速率。通常情況下溫度高，加快了混凝土早期的水化反應(yīng)速度，使早期強(qiáng)度增加較快［2］。然而溫度越高，水分蒸發(fā)速度加快，水化反應(yīng)過程中可利用的水分減少，延緩了水化反應(yīng)的進(jìn)程，甚至引起水化反應(yīng)完全停止，導(dǎo)致混凝土的后期強(qiáng)度的增進(jìn)率減小。

圖1 溫度對混凝土坍落度影響圖

圖2為溫度對混凝土強(qiáng)度影響圖，從圖中可以看出，溫度在4℃～23℃之間的混凝土后期強(qiáng)度較養(yǎng)護(hù)溫度在32℃～49℃之間的高。這是由于早期較快的水化反應(yīng)使水化產(chǎn)物不均勻，水化產(chǎn)物稠密程度低的區(qū)域強(qiáng)度薄弱，從而降低了結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，水化產(chǎn)物稠密程度高的區(qū)域，水化物會包裹在水泥顆粒的周圍，妨礙了水化反應(yīng)的速度，對后期強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。溫度較低的情況下，水化反應(yīng)速度較慢，卻使其有足夠的擴(kuò)散時(shí)間，從而使水化產(chǎn)物能夠均勻分布，提高了混凝土強(qiáng)度。

圖2 溫度對混凝土強(qiáng)度影響圖

3 溫度對混凝土裂縫的影響

3.1 混凝土裂縫基本概念

混凝土路面施工過程中，由于受溫度等因素的影響會產(chǎn)生裂縫，分為微觀裂縫和宏觀裂縫，以寬度0.05mm為界［3］。微觀裂縫主要指沿骨料周圍出現(xiàn)的骨料與水泥石粘結(jié)面上的粘著裂縫，以及出現(xiàn)在骨料與骨料之間的水泥漿中的骨料裂縫。宏觀裂縫是微觀裂縫擴(kuò)展的結(jié)果，一般肉眼可見。

3.2 混凝土早期裂縫產(chǎn)生機(jī)理

按水化反應(yīng)進(jìn)程，可將混凝土的成型發(fā)展分為四個(gè)階段:1)塑性階段:從澆搗完成開始至終凝完成的時(shí)段，對普通混凝土一般約為6h～12h的時(shí)段。該階段中，混凝土處于塑性流變階段，水化反應(yīng)劇烈，物理化學(xué)性質(zhì)都極不穩(wěn)定，體積變化強(qiáng)烈。2)早前期階段:一般指12h～72h的時(shí)段。該階段中，水化進(jìn)程過半，混凝土內(nèi)部形成了基本的微觀結(jié)構(gòu)體系，強(qiáng)度和剛度發(fā)展極為迅速。3)早期階段:一般指72h～90d的時(shí)段。該階段中，水化過程基本結(jié)束，混凝土的強(qiáng)度和剛度發(fā)展減緩而趨于成熟。4)成熟階段:一般指90d以后的時(shí)段。該階段中，仍有極微弱的水化過程繼續(xù)，混凝土強(qiáng)度和剛度的發(fā)展達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

溫度直接影響著水化反應(yīng)的速度和水的蒸發(fā)速度，水化反應(yīng)可以生成大量的熱，這些都將引起混凝土的脹縮變形，從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生［4］。溫度引起的混凝土收縮變形主要包含有以下幾種:1)自身脹縮:發(fā)生在水泥硬化過程的早前期階段，源于混凝土內(nèi)部尚未完全水化的水泥顆粒的繼續(xù)反應(yīng)消耗自由水，不與環(huán)境介質(zhì)接觸。高性能混凝土因水灰比較低，后續(xù)水化產(chǎn)生的自收縮量值較高。2)化學(xué)脹縮:混凝土的脹縮發(fā)生在塑性階段，由水泥水化反應(yīng)決定。雖然體積變化量很大，但由于混凝土尚未硬化，所以在路面施工時(shí)不會影響后期質(zhì)量。3)溫度脹縮:溫度脹縮主要是在混凝土初凝之后，水泥水化熱的釋出量逐漸減少，導(dǎo)致稍后階段與外界發(fā)生熱交換后混凝土中的溫度降低而產(chǎn)生的。此外，隨外界環(huán)境溫度變化的脹縮也是一個(gè)主要因素。4)干燥脹縮:發(fā)生在早期階段，由于水分的散失而導(dǎo)致的干燥收縮，是造成收縮裂縫的主要原因。水分散失既包括大氣蒸發(fā)，也包括地基土壤的吸收。

4 溫度控制與施工質(zhì)量改進(jìn)

4.1 影響溫度的因素

混凝土路面施工過程中，受環(huán)境溫度和混凝土出機(jī)溫度的影響，我國南方和北方氣候差異性大，環(huán)境溫度變化大，經(jīng)常會遇到極寒和極熱氣候。在施工過程中，新拌混凝土的出機(jī)溫度受拌合水、骨料、水泥等材料的影響很大，例如拌合水從單位重量上來講對混凝土溫度的影響最大，水泥在生產(chǎn)過程中由于機(jī)械熱，在運(yùn)輸存儲過程中熱量損耗低，散裝水泥在交付使用時(shí)溫度較高。這些都造成了施工過程中可能出現(xiàn)較大的溫度差別。

4.2 溫度控制措施

溫度對混凝土施工質(zhì)量影響很大，對施工溫度進(jìn)行人為干預(yù)，可以大大改進(jìn)施工質(zhì)量［5］。溫度控制可采取以下幾種措施:

1)表面防護(hù):規(guī)劃合理的拆模時(shí)間，進(jìn)行表面保護(hù)，以免混凝土表面出現(xiàn)劇烈的溫度梯度;施工中長期暴露的混凝土薄壁結(jié)構(gòu)或澆筑塊表面，在嚴(yán)寒氣候條件下要采取保溫措施，在高溫環(huán)境下可采取遮陰措施等。

2)降低澆筑溫度:在施工環(huán)境溫度較高時(shí)，可在拌和混凝土?xí)r加水或用水將骨料冷卻，降低混凝土的澆筑溫度，必要時(shí)可夜間澆灌。

3)改善骨料級配:采用干硬性混凝土，摻混合料，加入塑化劑或引氣劑等措施，以減少混凝土施工中的水泥用量，從而減少水化熱，降低混凝土的溫度。

4)冷卻水降溫:在混凝土中埋設(shè)水管，通過冷卻水降溫。

5)減小澆筑厚度:高溫環(huán)境澆筑混凝土?xí)r，可減少澆筑厚度，利用澆筑層面加快散熱。

在施工過程中，還可以采取改善混凝土的約束條件，合理的分縫分塊和安排施工工序，防止混凝土起伏過大，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。這些措施將進(jìn)一步提高混凝土施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

溫度是影響混凝土路面施工質(zhì)量的重要因素，對溫度進(jìn)行人為干預(yù)控制，可大大提高混凝土強(qiáng)度，減少裂縫的出現(xiàn)。溫度控制要從原材料等內(nèi)部因素，以及施工方法和施工工藝等外部因素入手，再配以其他各種必要措施，即可大大提高路面混凝土施工質(zhì)量，減少甚至避免裂縫等質(zhì)量問題的出現(xiàn)。

［1］張國學(xué)，劉曉航.溫度對混凝土材料性能的影響［J］.華東公路，2000(1):56-57.

［2］于 蕾，張金喜.水泥混凝土路面施工養(yǎng)護(hù)措施的可行性及有效性［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，38(2):213-218.

［3］陳 雷，趙 冰，費(fèi)永亮.混凝土的施工溫度與裂縫［J］.中國礦業(yè)，2007，16(6):94-96.

［4］苗 苗，米貴東，閻培渝.養(yǎng)護(hù)溫度和粉煤灰對補(bǔ)償收縮混凝土膨脹效能的影響［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2012，40(10):1427-1430.

［5］段紅波.水泥混凝土路面溫度應(yīng)力面向?qū)ο蟮挠邢拊治觯跠］.大連:大連理工大學(xué)，2000:4-10.