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谈混凝土的施工温度与裂缝

作者:无 时间:2012-08-17 16:32

 

  混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而在今天,混凝土的裂缝较为普遍,在建筑工程中裂缝几乎无所不在。尽管我们在施工中采取各种措施,小心谨慎,但裂缝仍然时有出现。混凝土产生裂缝的原因有多种,但根本原因是混凝土中的拉应力超过了混凝土的抗拉强度。具体可归结为温度和湿度变化、外荷载产生的变形过大和施工方法不当这3种原因。
  但在大体积混凝土中,温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先,在施工中混凝土常常出现温度裂缝,影响到结构的整体性和耐久性。其次,在运转过程中,温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝,因此本文仅对施工中因温度应力产生混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。
  一、裂缝的原因
  混凝土中产生裂缝有多种原因,细分可分为:水泥干缩产生的裂缝。温差变化,由热胀冷缩效应引起的裂缝。应力集中引起的裂缝。使用不当造成过载,变形过大引起的裂缝。张拉力引起的裂缝。不均匀沉降引起的裂缝。施工中,在混凝土初凝阶段因模板振动、变形或移位会使结构产生裂缝。加荷过早产生的裂缝。施工缝处理不好则可能在施工缝部位出现裂缝。混凝土预制构件,在脱模、运输、堆放、起吊过程中因各种原因使构件受压区处于受拉状态,都可能使构件产生裂缝。
  二、温度应力的分析
  在大体积混凝土中,混凝土产生裂缝的主要原因是由于温度应力的作用。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力。温度应力可超过其它外荷载所引起的应力,因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。
  根据温度应力的形成过程可分为以下3个阶段:
  早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。这个阶段的两个特征.一是水泥放出大量的水化热,二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化.这一时期在混凝土内形成残余应力。
  中期:自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止,这个时期中.温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起,这些应力与早期形-成的残余应力相叠加.在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
  晚期:混凝土完垒冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起,这些应力与前两种的残余应力相迭加。
  根据温度应力引起的原因可分为两类:
  自生应力:边界上没有任何约束或完全静止的结构,如果内部温度是非线性分布的,由于结构本身互相约束而出现的温度应力。
  约束应力:结构的垒部或部分边界受到外界的约束,不能自由变形而引起的应力。如箱粱顶板混凝土和护栏混凝土。
  这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。
  要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下,需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰,计算温度应力时,必须考虑徐变的影响,具体计算这里就不再细述。
  三、温度的控制和防止裂缝的措施
  由于温差的作用,裂缝的产生是不可避免的。根据计算可以看出,可以采用掺加粉煤灰等有效方法,以降低混凝土硬化过程中混凝土内表的温差。因而,在施工中采取适宜的措施, 能够避免有害裂缝的出现。
  降低水泥水化热。包括: 混凝土的热量主要来自水泥水化热,因而选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥配制混凝土较好·精心设计混凝土配合比。采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”技术,减少每立方米混凝土中的水泥用量,以达到降低水化热的目的;选用适宜的骨料。施工中根据现场条件尽量选用粒径较大,级配良好的粗骨料;选用中粗砂,改善混凝土的和易性,并充分利用混凝土的后期强度,减少用水量。严格控制混凝土的塌落度。在现场设专人进行塌落度的测量,将混凝土的塌落度始终控制在设计范围内,一般以7~9cm为最佳,夏季施工时,在混凝土内部预埋冷却水管,通循环冷却水,强制降低混凝土水化热温度。冬季施工时,采用保温措施进行养护,如技术条件允许,可在混凝土结构中掺加10%~15%的大石块,减少混凝土的用量,以达到节省水泥和降低水化热的目的。
  降低混凝土入模温度。包括:浇筑大体积混凝土时应选择较适宜的气温,尽量避开炎热天气浇筑。加强施工中的温度控制。改善约束条件,削减温度应力。在大体积混凝土基础与垫层之间可设置滑动层,如技术条件许可,施工时宜采用刷热沥青作为滑动层,以消除嵌固作用,释放约束应力。
  提高混凝土的抗拉强度。包括:控制集料含泥量。砂、石含泥量过大.不仅增加混凝土的收缩,而且降低混凝土的抗拉强度,对混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1%以下.中砂含泥量控制在2%以下.减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响,改善混凝土施工工艺。可采用二次投料法、二次振捣法、浇筑后及时排除表面积水和最上层泥浆等方法。加强早期养护,提高混凝土早期及相应龄期的抗拉强度和弹性模置,在大体积混凝土基础表面及内部设置必要的温度配筋,以改善应力分布.防止裂缝的出现。
  四、混凝土的早期养护
  实践证明.混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。
  从温度应力观点出发,保温应达到下述要求;防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度,防止表面裂缝。防止混凝土超冷,应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。防止老混凝土过冷.以减少新老混凝土间的约束。
  混凝土的早期养护,主要目的在于保持适宜的温湿条件.以达到两个方面的效果,一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭,防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力。
  适宜的温湿度条件是相互关联的。混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。
  从理论上分析,新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失,从而推迟或防碍水泥的水化.表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期,在施工中应切实重视起来。
  结束语
  以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨,虽然对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论,但对干具体的预防和改善措施意见还是比较统一,同时在实践中的应用效果也是比较好的,具体施工中要靠我们多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝 是完全可以避免的。
 



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