施工溫度與裂縫對(duì)水工混凝土的影響

摘 要: 在工程運(yùn)行過程中,溫度的變化對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的、不容忽視的影響。目前人們遇到的主要是施工中產(chǎn)生的溫度裂縫,本文對(duì)混凝土施工中裂縫的成因和處理措施作如下初步探討。
 
關(guān)鍵詞:施工溫度   裂縫   水工   混凝土
 
 
    混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位,而混凝土的裂縫較為普遍,特別是在水利水電工程建設(shè)中,混凝土裂縫幾乎無處不在。盡管我們?cè)谑┕ぶ胁扇「鞣N措施,小心謹(jǐn)慎,但裂縫仍然時(shí)有發(fā)生。究其原因,人們對(duì)混凝土溫度應(yīng)力的變化注意不夠是原因之一。在大體積混凝土中,溫度應(yīng)力是產(chǎn)生裂縫的主要因素之一,這就反映了混凝土施工溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因,首先,在施工中混凝土膠結(jié)材料產(chǎn)生水化熱,結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力而出現(xiàn)溫度裂縫,影響結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性;其次,在工程運(yùn)行過程中,溫度的變化對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的、不容忽視的影響。目前人們遇到的主要是施工中產(chǎn)生的溫度裂縫,本文對(duì)混凝土施工中裂縫的成因和處理措施作如下初步探討。
 
1.   裂縫的成因
 
    混凝土產(chǎn)生裂縫有多種原因,主要因素是溫度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性、結(jié)構(gòu)不合理、原材料不合格、模板變形和基礎(chǔ)不均勻沉降等。
    混凝土在硬化期間水泥產(chǎn)生大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,在混凝土表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中,由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束,又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(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)部濕度變化很小或變化較慢,但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化,如養(yǎng)護(hù)不當(dāng)、時(shí)干時(shí)濕,表面干縮變形受到內(nèi)部混凝土體的約束,也往往產(chǎn)生裂縫。
 
    由于原材料質(zhì)地不均勻、水灰比不穩(wěn)定以及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象,在同一塊體混凝土中其抗拉強(qiáng)度也是不均勻的,存在著許多抗拉能力很低,易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。施工中混凝土由最高溫度冷卻到工程運(yùn)行時(shí)期的穩(wěn)定溫度,往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力,有時(shí)溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力。因此,掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。
 
2.  溫度應(yīng)力的分析
 
    溫度應(yīng)力根據(jù)其形成過程可分為以下三個(gè)階段:
    第1 階段:自開始澆筑混凝土至水化熱基本結(jié)束,一般約為3 0 天。這個(gè)階段具備兩個(gè)特征:一是水泥揮發(fā)出大量的水化熱,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(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。
 
    第2 階段:自水化熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止。在這個(gè)時(shí)期,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。
 
    第3 階段:混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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。
 
3.  溫度的控制和防止裂縫的措施
 
    為了防止混凝土裂縫,減輕溫度應(yīng)力可以從控制混凝土溫度、改善約束條件和加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù)三個(gè)方面考慮。
 
3.1  控制混凝土溫度的措施:
 
    改善混凝土骨料級(jí)配,采用干硬性混凝土、摻混合料、摻加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土?xí)r加漿或用冰將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑層厚度,利用澆筑層面散熱;在混凝土中埋設(shè)冷卻水管對(duì)混凝土內(nèi)部進(jìn)行降溫;規(guī)定合理的拆模時(shí)間,氣溫驟降時(shí)對(duì)混凝土表面進(jìn)行保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化;施工中長(zhǎng)期暴露在外的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)采取保溫措施,以免混凝土表面和內(nèi)部產(chǎn)生較大的溫差。
 
3 . 2 改善約束條件的措施:
 
    對(duì)混凝土體進(jìn)行合理地分縫分塊;避免基礎(chǔ)過大起伏;合理的安排混凝土澆筑工序,避免
過大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露;改善混凝土的性能,提高其抗裂能力,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),防止表面干縮。
 
3.3 加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)
 
    混凝土常見的裂縫,大多數(shù)是不同深度的表面裂縫,其主要原因是混凝土表面與內(nèi)部溫差過大,寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此,混凝土的保溫對(duì)防止混凝土表面早期裂縫非常重要。
從溫度應(yīng)力方面考慮,混凝土保溫應(yīng)達(dá)到下述要求:防止混凝土內(nèi)外溫差過大,防止其表面裂縫;防止混凝土超冷,應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土運(yùn)行期的穩(wěn)定溫度;防止老混凝土過冷,以減少新老混凝土間的約束。混凝土的早期養(yǎng)護(hù),主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達(dá)到兩個(gè)方面的效果,一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和干縮。另一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行,以期達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度和設(shè)計(jì)抗裂能力。適宜的溫、濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的,混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。
 
    從理論上分析,新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余,但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失,從而推遲或防礙水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此,混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期,在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來。
 
4.  結(jié)束語
 
    以上對(duì)混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了初步探討,在施工過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況盡量采取不同的控制措施,以免混凝土產(chǎn)生裂縫。

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