何　蕾

摘要:本文作者首先從水泥混凝土本身的性質(zhì)著手,結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn),分析了水泥混凝土路面質(zhì)量與溫度的各種關(guān)系,并提出了減少溫度對(duì)路面質(zhì)量負(fù)面影響的方法。

關(guān)鍵詞:減少溫度 水泥 混凝土路面 質(zhì)量

水泥混凝土面層是一定厚度的水泥混凝土板,具有熱脹冷縮的性質(zhì),由于一年四季及晝夜溫差的變化以及水泥混凝土內(nèi)部的水化反應(yīng),均會(huì)使混凝土上面層產(chǎn)生溫度應(yīng)力,若此應(yīng)力超過(guò)容許范圍,面層即產(chǎn)生了裂縫或被擠碎,影響路面質(zhì)量。

由于水泥混凝土路面屬素混凝土,一般不設(shè)鋼筋(僅設(shè)連接筋),因此,無(wú)論溫度應(yīng)力還是壓應(yīng)力均須由混凝土自身承擔(dān),而混凝土的抗拉強(qiáng)度僅是抗壓強(qiáng)度的1/10左右,脆性較大,因此,在一般設(shè)計(jì)中,均要求不出現(xiàn)或僅出現(xiàn)較小的拉應(yīng)力。但在施工中,混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度,往往在水泥混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力,甚至?xí)^(guò)其他外部荷載所引起的應(yīng)力,現(xiàn)討論內(nèi)、外部因素造成的溫度應(yīng)力對(duì)路面質(zhì)量的影響,提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施,進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工,以保證路面質(zhì)量。

一、溫度應(yīng)力產(chǎn)生的原因之一:內(nèi)部水化反應(yīng)

(一)產(chǎn)生原因

混凝土硬化期間,水泥放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,在表面引起拉應(yīng)力,后期在降溫過(guò)程中,由于受到基層或者相鄰混凝土的約束,又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)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(huì)出現(xiàn)裂縫,許多混凝土的內(nèi)部溫度變化很小或變化很慢,但表面溫度可能變化很大或發(fā)生劇烈變化。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。

混凝土中的水泥在水化過(guò)程中,一直在放出熱量,其釋熱率隨時(shí)間而發(fā)生變化:

第一釋熱峰在水泥加水后立即發(fā)生的急劇放熱反應(yīng);

第二釋熱峰在凝結(jié)期,即水泥漿失去塑性開始凝結(jié)的時(shí)間;

第三釋熱峰在終凝以后的硬化期。了解混凝土內(nèi)部的釋熱反應(yīng),有利于我們把握時(shí)機(jī),采取適當(dāng)?shù)拇胧?緩解水化反應(yīng)對(duì)路面質(zhì)量的負(fù)面影響,進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),減少裂縫的產(chǎn)生。

由于內(nèi)部水化反應(yīng)引起的應(yīng)力可分為自生應(yīng)力和約束應(yīng)力,自生應(yīng)力即混凝土內(nèi)部溫度的非線性變化而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)本身互相約束出現(xiàn)溫度應(yīng)力,譬如,混凝土冷卻時(shí)表面溫度相對(duì)降速較快,溫度較低,而內(nèi)部降速較慢,溫度較高,在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,在內(nèi)部出現(xiàn)壓應(yīng)力。

約束應(yīng)力是指由于混凝土面板底面受基層摩阻力和粘結(jié)力的約束,或側(cè)面受到模板、舊混凝土的約束不能自由變形而引起的應(yīng)力。

(二)應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)內(nèi)部水化反應(yīng)引起的應(yīng)力不同,即自生應(yīng)力與約束應(yīng)力,可以從兩方面釆取措施進(jìn)行克服:控制溫度,改善約束條件。

1.控制溫度。(1)采用發(fā)熱量和收縮性小的水泥。(2)夏季施工可以采用外加劑,如緩凝劑、保塑劑等。(3)高溫時(shí),對(duì)拌合物原料采取以下措施;對(duì)砂石料堆加遮陰蓬;抽取地下水進(jìn)行拌合;使用長(zhǎng)時(shí)間在太陽(yáng)下暴曬的干燥集料時(shí),應(yīng)充分灑水潤(rùn)濕。(4)隨時(shí)測(cè)量氣溫和水泥、砂石料、拌合水及路面溫度,必要時(shí)加測(cè)混凝土水化熱,以便有針對(duì)性的采取措施控制施工質(zhì)量。

2.改善約束條件。(1)基層頂面在攤鋪前要充分灑水潤(rùn)濕。(2)可通過(guò)在基層頂面加鋪塑料薄膜的方法達(dá)到減弱混凝土底面與基層頂面摩擦力的目的。(3)合理的進(jìn)行分縫分塊。(4)避免基層有過(guò)大起伏。(5)合理的安排施工工序,避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露。(6)合理掌握拆模時(shí)間,拆模后及時(shí)對(duì)側(cè)面進(jìn)行覆蓋。

二、溫度應(yīng)力產(chǎn)生的原因之二:外部溫度變化

(一)產(chǎn)生原因

一年四季和白天黑夜,氣溫冷熱的變化,使混凝土板產(chǎn)生膨脹和收縮。白天溫度升高,面板頂面較底面溫度高,這種溫度坡差會(huì)造成面板中部突起。夜間氣溫降低,面板頂面較底面溫度低,致使面板的周圍和角偶翹起,這些變形會(huì)受到面板和基層間的摩阻力和粘結(jié)力以及面板自重的約束,致使面板內(nèi)產(chǎn)生過(guò)大應(yīng)力,造成面板斷裂或拱脹破壞。

這些外部因素主要表現(xiàn)為:季節(jié)的溫度變化;晝夜溫差的變化;陽(yáng)光直射引起表面溫度升高;風(fēng)力引起表面水分蒸發(fā)加快。

(二)處理措施

以上這些原因均會(huì)引起混凝土面板表面與內(nèi)部發(fā)生不同步變形而產(chǎn)生溫度應(yīng)力,針對(duì)以上這種溫度應(yīng)力,在實(shí)際施工過(guò)程中,應(yīng)采取以下措施以避免產(chǎn)生裂縫:

1.混凝土表面修整過(guò)程中,要避免日光直射,防止混凝土溫度上升過(guò)快或表面快速干燥引起表面塑性收縮開裂。

2.在刮風(fēng)天氣施工時(shí),要加快施工速度,加強(qiáng)養(yǎng)生措施,加蓋塑料薄膜或濕草袋,當(dāng)風(fēng)力達(dá)到6級(jí)以上時(shí)必須停止施工。必要時(shí)要用風(fēng)速計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量風(fēng)速并觀測(cè)刮風(fēng)引起的自然現(xiàn)象,確定風(fēng)級(jí),以相應(yīng)地采取措施。

3.混凝土施工澆筑時(shí),一般宜在30℃以下進(jìn)行,夏季氣溫高于30℃時(shí),宜避開中午時(shí)間,選擇早晨、傍晚或夜間施工,運(yùn)輸車加遮蓋,要保證無(wú)論在什么情況和條件下,混凝土拌合物的溫度不得超過(guò)35℃,并隨時(shí)監(jiān)測(cè)氣溫、水泥、拌合水、拌合物以及路面混凝土溫度。施工現(xiàn)場(chǎng)氣溫高于40℃或拌合物攤鋪溫度高于35℃,必須停工。

4.高溫季節(jié)的養(yǎng)生要確保混凝土表面得到全面覆蓋,并且保持足夠的濕度。

5.冬季當(dāng)最低溫度為-3℃時(shí)應(yīng)采取路面覆蓋保溫措施施工,拌合機(jī)出料不得低于l0℃,攤鋪溫度不得低于5℃,在混凝土養(yǎng)生期間,應(yīng)保持混凝土上面板的溫度在5～10℃之間。

6.視混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)情況適時(shí)進(jìn)行切縫,高溫季節(jié)施工,特別是在夜間降溫幅度較大或降雨時(shí),應(yīng)適當(dāng)提早切縫,以防止斷板。

(作者單位:河北省磁縣交通局公路管理站)