混凝土的施工溫度與裂縫
摘要分析了混凝土溫度裂縫產生的原因,對現場混凝土溫度的控制和預防裂縫的措施等方面進行了總結,以為混凝土在水利工程建設中的應用提供參考。
關鍵詞混凝土;溫度應力;裂縫
混凝土在水利工程建設中占有重要地位。在大體積混凝土中,溫度應力及溫度控制具有十分重要的意義,這主要是體現在以下兩方面。首先,在施工中混凝土常常出現溫度裂縫,影響到結構的整體性和耐久性。其次,在運轉過程中,溫度變化對結構的應力狀態具有顯著的不容忽視的影響,而經常遇到的主要是施工中的溫度裂縫[1]。因此,該文僅對施工中混凝土裂縫的成因及其處理措施做了探討,具體如下。
1裂縫的原因
混凝土中產生裂縫的原因有多種,但主要是溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結構不合理、原材料不合格(如堿骨料反應)、模板變形、基礎不均勻沉降等問題[2]。
混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內部溫度不斷上升,在表面引起拉應力。后期在降溫過程中,由于受到基礎或老混凝土的約束,又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時,即會出現裂縫。由于原材料不均勻,水灰比不穩定,及運輸和澆筑過程中的離析現象,在同一塊混凝土中其抗拉強度又不均勻,存在著許多抗拉能力很低、易于出現裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中,拉應力主要是由鋼筋承擔,混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結構內出現了拉應力,則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現拉應力或者只出現很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩定溫度,往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其他外荷載所引起的應力。因此,掌握溫度應力的變化規律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。
2溫度應力的分析
2.1溫度應力的形成過程
溫度應力的形成過程可分為以下3個階段:
(1)早期。自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束,一般約30d。這個階段的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形成殘余應力。
(2)中期。自水泥放熱作用基本結束時開始至混凝土冷卻到穩定溫度時為止,這個時期中,溫度應力主要是由于混凝土的冷卻以及外界氣溫的變化而引起,這些應力與早期所形成的殘余應力相疊加。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運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起,這些應力與前2種的殘余應力相疊加。
2.2溫度應力形成原因
溫度應力形成的原因可分為兩類:
(1)自生應力。邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構,如果內部溫度是非線性分布的,由于結構本身互相約束而出現的溫度應力。例如,橋梁墩身、結構尺寸相對較大,混凝土冷卻時表面溫度低,內部溫度高,在表面出現拉應力,在中間出現壓應力。
(2)約束應力。結構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力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。
以上2種溫度應力往往與混凝土的干縮所引起的應力共同作用。
3溫度的控制和防止裂縫的措施
為了防止裂縫,減輕溫度應力,可以從控制溫度和改善約束條件2個方面著手[3,4]:
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)拌合混凝土時對水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。
(3)熱天澆筑混凝土時應減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱。
(4)在混凝土中埋設水管,通入冷水降溫。
(5)規定合理的拆模時間,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構,在寒冷季節采取保溫措施。
3.2改善約束條件的措施
(1)合理地分縫分塊。
(2)避免基礎大起大伏。
(3)合理安排施工工序,避免過大的高差和側面長期暴露。
4混凝土的早期養護
實踐證明,混凝土常見的裂縫,大多數是不同深度的表面裂縫,其主要原因是溫度梯度造成,寒冷地區的溫度驟降
也容易形成裂縫。因此,混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。
從溫度應力觀點出發,保溫應達到下述要求:
(1)防止混凝土內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,應盡量設法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩定溫度。
(3)防止老混凝土過冷,以減少新老混凝土間的約束。
混凝土的早期養護,其主要目的在于保持適宜的溫濕條件,從而達到2個方面的效果,一方面是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;另一方面是使水泥水化作用順利進行,以期達到設計的強度和抗裂能力。
適宜的溫、濕度條件是相互關聯的。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護的關鍵時期,在施工中應切實重視起來。
5結束語
以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關系進行了理論和實踐上的初步探討,雖然學術界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論,但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統一,同時在實踐中的應用效果也是比較好的,具體施工中要靠施工人員多觀察、多比較,出現問題后多分析、多總結,結合多種預防處理措施,混凝土的裂縫是完全可以避免的。
6參考文獻
[1] 徐洪良.淺談混凝土的施工溫度與裂縫[J].民營科技,2009(12):231,12.
[2] 范志濤,張強.工程建設中混凝土的施工溫度與裂縫研究[J].中國新技術新產品,2009(23):57.
[3] 熊韜.淺談大體積混凝土的施工溫度與裂縫處理[J].商情,2009(11):118,54.
[4] 李貴榮.混凝土的施工溫度與裂縫分析[J].建材與裝飾:上旬.市場營銷,2009(8):143-144.
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