摘要：隨著交通基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)展，各地興建了大量的混凝土橋梁、公路和建筑。在建造和使用過程中，有關(guān)因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量的報道屢見不鮮，而溫度效應(yīng)對混泥土裂縫的影響一直是公路工程中很值得關(guān)注的問題。因此，采取一定的設(shè)計和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。

　　關(guān)鍵詞：混凝土 裂縫 公路

　　一、混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因

　　溫度變化引起的裂縫是當(dāng)外部環(huán)境和結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化時，混凝土將發(fā)生變形，結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。引起溫度變化外部主要因素有：

　　1)年溫差。一年中四季溫度不斷變化，當(dāng)結(jié)構(gòu)的位移受到限制時就會引起溫度裂縫。年溫差一般以一月和七月的月平均溫度作為變化幅度。

　　2)日照。橋面板、主梁或橋墩側(cè)面受太陽曝曬后，溫度明顯高于其他部位，溫度分布呈非線形分布。由于受到自身約束作用，導(dǎo)致局部拉應(yīng)力較大，出現(xiàn)裂縫。日照和驟然降溫是導(dǎo)致溫度裂縫的最常見原因。

　　3)驟然降溫。突降大雨、冷空氣侵襲、日落等可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外表面溫度突然下降，但由于內(nèi)部溫度下降較慢而產(chǎn)生溫度梯度。日照和驟然降溫內(nèi)力計算時可采用設(shè)計規(guī)范或參考實際資枓進行，混凝土彈性模量不考慮折減。

　　4)蒸汽養(yǎng)護或冬季施工時施工措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。

　　引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度變化的主要因素是水泥的水化熱反應(yīng)。施工中混凝土澆筑以后，水泥放出大量水化熱，混凝土溫度升高。由于混凝土導(dǎo)熱不良，體積過大，相對散熱較小，混凝土內(nèi)部水化熱積聚不易散發(fā)，外部則散熱較快。升溫階段，混凝土表面溫度總是低于內(nèi)部溫度。依據(jù)熱脹冷縮的原理，中心部分混凝土膨脹的速度要比表面混凝土快，中心部分與表面質(zhì)點間形成相互約束，中心屬于約束膨脹，不會開裂;表面屬于約束收縮，當(dāng)表面拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。而隨著水泥水化反應(yīng)的減慢及混凝土的不斷散熱，混凝土由升溫階段過渡到降溫階段，溫度降低，體積收縮。由于混凝土內(nèi)部熱量是通過表面向外散發(fā)，降溫階段，混凝土表面溫度與中心溫度仍然存在差值，如果過大，同升溫階段一樣產(chǎn)生表面裂縫。降溫過程，混凝土體積收縮，同時，考慮到邊界條件和地基的約束，屬于約束收縮。但此時，混凝土齡期增長，強度增大，彈性模量增高，因此，降溫收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大，除了抵消升溫時產(chǎn)生的壓應(yīng)力外，在混凝土中形成了較高的拉應(yīng)力，超過混凝土的抗拉強度關(guān)，就引起混凝土的貫穿裂縫。水泥水化硬化，水是必備的前提條件，但混凝土為了滿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數(shù)倍，多余的水為游離水，游離水容易蒸發(fā)，引起體積收縮(稱為干縮)。干縮與混凝土降溫產(chǎn)生的冷縮疊加，增大了混凝土中的拉應(yīng)力，加劇了混凝土中裂縫的產(chǎn)生。

　　二、溫度應(yīng)力形成過程及引起的原因

　　溫度應(yīng)力的形成可分為以下三個階段：

　　1 早期自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30 天。這個階段的兩個特征，一是水泥放出大量水化熱，二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。

　　2 中期自水泥放熱作用基本結(jié)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中，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。

　　3 晚期混凝土完全冷卻以后的服役時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。對于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，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。

　　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欄混凝土。此時的應(yīng)力稱為約束應(yīng)力。

　　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。要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗或數(shù)值計算。混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松馳，所以計算溫度應(yīng)力時，還必須考慮徐變的影響。

　　三、溫度裂縫控制措施

　　針對溫度收縮變形的特點，以上具體的分析了影響溫度收縮變化的具體因素，為有效的控制混泥土裂縫的產(chǎn)生與擴展，相應(yīng)的從結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計材料質(zhì)量施工措施三個方面來考慮裂縫的控制措施

　　1結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計方面

　　(1)減少結(jié)構(gòu)約束

　　約束是變形變化產(chǎn)生裂縫的必要條件，假如沒有約束存在，那么變形彎化不會使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生應(yīng)力，亦不會使結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件開裂底板的變形變化受到地基墊層樁基礎(chǔ)等的約束，側(cè)墻受到地基基礎(chǔ)底板頂板的約束，頂板受到側(cè)墻的約束減小結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件受到的約束程度可以相應(yīng)的減小結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的約束應(yīng)力為了減小地基對底

　　板造成的外部約束，可以在地基與底板之間設(shè)置滑動層或者緩沖層，緩沖層用于構(gòu)件局部突出嵌入巖石的情況在地板和墊層之間設(shè)置滑動層，減小底板受到的約束程度，讓地板在變形變化作用下有更大的伸縮的自由度，以至于可以釋放有變形變化所引起的應(yīng)力。

　　(2)設(shè)置伸縮縫

　　設(shè)置伸縮縫就是把長度比較大的結(jié)構(gòu)分成若干個長度比較小的單元結(jié)構(gòu)，其本質(zhì)就是減小獨立結(jié)構(gòu)的長度，從一定意義上說，就通過減小結(jié)構(gòu)的長度來減小約束作用縮縫間距可以釋放一定的溫度收縮變形引起的變形變化，使由于約束產(chǎn)生的應(yīng)力不致使結(jié)構(gòu)開裂但伸縮縫的設(shè)置會破壞結(jié)構(gòu)的整體性，對施工維護和結(jié)構(gòu)抗震度是

　　不利的，對于，還會帶來使用上的不便，而且容易發(fā)生諸如滲漏等的使用隱患。

　　(3)設(shè)置后澆帶

　　設(shè)置后澆帶是目前運用比較廣泛的防止溫度收縮變形產(chǎn)生裂縫的一種方法并且是擴大伸縮縫間距或者取消伸縮縫的有效措施后澆帶是施工期間設(shè)置的臨時變形縫，其目的是釋放早期的溫度收縮變形變化早期混凝土的收縮量比較大且溫度場相對不穩(wěn)定，后澆帶必須留置一定的時間，根據(jù)具體的情況，留置時間可不同，但從理論上說后澆帶留置時間盡可能長些，溫度收縮變形釋放的比較充分，效果比較好后澆帶要有一定的寬度，一般規(guī)定是0.8～1.0m 但這寬度范圍并不是不可以突破的，在已經(jīng)發(fā)表的文章中作者指出只要施工條件允許，應(yīng)將后澆帶寬度盡量取的大些后澆帶是為了釋放變形產(chǎn)生的約束應(yīng)力，所以穿越后澆帶的連續(xù)鋼筋總量越少越好。

　　(4)配置一定量的構(gòu)造鋼筋

　　合理的配置構(gòu)造鋼筋是可以比較有效的限制裂縫的擴展，但配筋不能防止裂縫的出現(xiàn)配筋的總的原則是細(xì)而密，一般來說，在實際工程中，所選用的鋼筋直徑在Φ8-16 范圍內(nèi)，鋼筋間距一般在100～200mm 之間配置的構(gòu)造鋼筋需要有一定的量，可以用配筋率作為一個重要的衡量指標(biāo)對于怎樣的配筋率才是有效而又經(jīng)濟沒有一個統(tǒng)一的認(rèn)識從文獻可得到通常配筋率在0.2%1%之間變化，且在此范圍內(nèi)，隨配筋率的增加對裂縫寬度的控制效果也相應(yīng)的提升;研究者傾向于采用0.8%～1%之間的配筋率，這是值得參考的;對于超過1%的配筋率，隨著配筋率的增加裂縫控制的效果不明顯。

　　(5)采用專門的預(yù)加力措施，如采用預(yù)應(yīng)力控制外墻裂縫

　　2 材料質(zhì)量方面的措施

　　混凝土材料自身的質(zhì)量嚴(yán)重的影響著混凝土的性能，從材料方面對混凝土質(zhì)量進行控制，是一個有效的防裂措施，具體如下:

　　(1)減小混凝土的收縮減小混凝土的收縮可以選用收縮值比較小的水泥，例如礦渣水泥> 普通硅酸鹽水泥> 粉煤灰水泥;采用水泥細(xì)度相對較大的水泥;采用較低的水灰比;降低砂率，選用質(zhì)量比較高的骨料及良好的粗骨料的級配:利用混凝土的后期強度，盡可能的選用強度等級比較低的混凝土;適當(dāng)?shù)倪x用外加劑和摻合料。

　　(2)減小混凝土產(chǎn)生的水化熱減小混凝土水化熱可以通過減少水泥用量，采用低水化熱水泥和標(biāo)號比較低的水泥

　　(3)選用質(zhì)量良好的外加劑，并且適當(dāng)正確的使用如采用膨脹劑配置的補償收縮混凝土可以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂能力

　　(4) 混凝土的抗拉性能比較差是由混凝土自身的組成決定的，所以首先要保證混凝土的質(zhì)量，讓混凝土充分的發(fā)展自身的強度:其次就是可以加入纖維來改善混凝土的受拉性能

　　3 施工方面的措施

　　施工措施對混凝土的防裂是非常重要的混凝土的澆注方案對混凝土的溫度應(yīng)力和溫度裂縫產(chǎn)生較大的影響;確定合理的施工方案，選擇合適的澆注時間(如避免高溫天氣)，保證現(xiàn)場混凝土質(zhì)量，混凝土的澆注質(zhì)量，尤其是對新澆混凝土的養(yǎng)護是非常關(guān)鍵的混凝土的養(yǎng)護直接影響著混凝土的早期收縮，混凝土的內(nèi)外溫度差以及混凝土的強度增長，總的說來，就是養(yǎng)護可以給混凝土營造一個有利于混凝土性能發(fā)揮的良好的外部環(huán)境對于混泥土的養(yǎng)護相對比較困難，這需要采取一些措施給予解決。

　　總之，混凝土裂縫的成因是很多的，基層裂縫的產(chǎn)生，一部分將反射到瀝青混凝土面層，給路面帶來一定的質(zhì)量隱患，使路面耐久性降低。裂縫的產(chǎn)生重在預(yù)防，從路基、路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計和施工的各個環(huán)節(jié)都要重視。只要積極采取有效措施，規(guī)范管理，合理組織施工工序，杜絕不利因素的發(fā)生，裂縫問題一定可以減少。