混凝土的施工溫度對裂縫產(chǎn)生的影響及預(yù)防

摘　要　重點分析了現(xiàn)場混凝土溫度的控制對裂縫產(chǎn)生的影響,并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞　混凝土　溫度　裂縫　控制

　　在大體積混凝土施工過程中,溫度的控制對混凝土的質(zhì)量具有重要的影響。主要有兩個方面的原因。首先,在施工過程中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫,影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性; 其次,在運轉(zhuǎn)過程中,溫度變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)有顯著的影響。本文對施工中混凝土溫度產(chǎn)生裂縫的原因和處理措施做一探討。

1　溫度裂縫產(chǎn)生的原因

　　混凝土硬化期間水泥釋放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,在表面引起拉應(yīng)力, 后期在降溫過程中,由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束,又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力,當這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時,即會出現(xiàn)裂縫。在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度,往往在混凝土內(nèi)部引起相當大的拉應(yīng)力。有時溫度應(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)律對于進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工極為重要。

2　溫度應(yīng)力的分析

　　溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個階段:早期:自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束,

這個階段的兩個特征,一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝上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。

　　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,在此期間混凝上的彈性模量變化不大。

　　晚期:混凝土完全冷卻以后的運轉(zhuǎn)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)力相迭加。

　　溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類:

　　(1)自生應(yīng)力: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。例如,橋梁墩身,結(jié)構(gòu)尺寸相對較大,混凝土冷卻時表面溫度低,內(nèi)部溫度高,在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力,在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。

　　(2)約束應(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。

　　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?；炷恋男熳兪箿囟葢?yīng)力有相當大的松馳,計算溫度應(yīng)力時,必須考慮徐變的影響,具體計算這里就不再細述。

3　溫度的控制和防止裂縫的措施

　　為了防止裂縫,減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。

3. 1　控制溫度的措施

　　(1)采用改善骨料級配,用干硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;

　　(2)拌和混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;

　　(3)熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;

　　(4)在混凝土中埋設(shè)水管,通入冷水降溫;

　　(5)規(guī)定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;

　　(6)施工中長期暴露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。

3. 2　改善約束條件的措施

　　(1)合理的分縫分塊;

　　(2)避免基礎(chǔ)過大起伏;

　　(3)合理的安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。

　　此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強養(yǎng)護,防止表面干縮,特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要的,應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫,出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的,因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

　　在混凝土的施工中,為了提高模板的周轉(zhuǎn)率,往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時應(yīng)適當考慮拆模時間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模,在表面引起很大的拉應(yīng)力,出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發(fā),表面引起相當大的拉應(yīng)力,此時表面溫度亦較氣溫為高,此時拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應(yīng)力,與水化熱應(yīng)力迭加,再加上混凝土干縮,表面的拉應(yīng)力達到很大的數(shù)值,就有導(dǎo)致裂縫的危險,但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海棉等,對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力,具有顯著的效果。

　　加筋對大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小,因為大體積混凝土的含筋率極低。只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下,鋼的各項性能是穩(wěn)定的,而與應(yīng)力狀態(tài)、時間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小,在溫度變化時兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。

　　由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7～15倍,當內(nèi)混凝土應(yīng)力達到抗拉強度而開裂時,鋼筋的應(yīng)力將不超過1OO～200kg/ cm2。因此,在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)量多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細而間距密時,對提高混凝土抗裂性的效果較好?；炷梁弯摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的表面常常會發(fā)生細而淺的裂縫,其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺,但它對結(jié)構(gòu)的強度和耐久性仍有一定的影響。

　　為保證混凝土工程質(zhì)量,防止開裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。

3. 3　使用減水防裂劑

　　(1)混凝土中存在大量毛細孔道,水蒸發(fā)后毛細管中產(chǎn)生毛細管張力,使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力,但會使混凝土強度降低,這個表面張力理論早在六十年代就已被國際上所確認。

　　(2)水灰比是影響混凝土收縮的重要因素,使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。

　　(3)水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素,摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15%的水泥用量,其體積用增加骨料用量來補充。

　　(4)減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少沉縮變形。

　　(5)提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力,提高混凝土抗裂性能。

　　(6)混凝土在收縮時受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,當拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強度時裂縫就會產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高混凝土抗拉強度,大幅提高混凝土的抗裂性能。

　　(7)摻加外加劑可使混凝土密實性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,減少碳化收縮。

　　(8)摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當,在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上,避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。

　　(9)摻外加劑混凝土和易性好,表面易平整,形成微膜,減少水分蒸發(fā),減少干燥收縮。許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能,我們在工程實踐中應(yīng)多進行這方面的實驗對比和研究,比單純的靠改善外部條件,可能會更加簡捷、經(jīng)濟。

4　混凝土的早期養(yǎng)護

　　實踐證明,混凝土常見的裂縫,大多數(shù)是不同深度的表面裂縫,其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。

　　從溫度應(yīng)力觀點出發(fā),保溫應(yīng)達到下述要求:

　　(1)防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度,防止表面裂縫。

　　(2)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使用期的穩(wěn)定溫度。

　　(3)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,主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達到兩個方面的效果,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。一方面使水泥水化作用順利進行,以期達到設(shè)計的強度和抗裂能力。

　　適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的?；炷恋谋卮胧┏３Ｒ灿斜竦男Ч?。

　　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)護的關(guān)鍵時期,在施工中應(yīng)切實重視起來。

5　結(jié)束語

　　以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進行了理論和實踐上的初步探討,雖然學(xué)術(shù)界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論,但對于具體的預(yù)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一,同時在實踐中的應(yīng)用效果也是比較好的,具體施工中要靠我們多觀察、多比較,出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié),結(jié)合多種預(yù)防處理措施,混凝土的裂縫是完全可以避免的。