混凝土的施工溫度與裂縫
摘要分析了混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因,對現(xiàn)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(jié),以為混凝土在水利工程建設中的應用提供參考。
關(guān)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(xiàn)在以下兩方面。首先,在施工中混凝土常常出現(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)的應力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響,而經(jīng)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)部出現(xiàn)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(xiàn)裂縫。由于原材料不均勻,水灰比不穩(wěn)定,及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)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(xiàn)拉應力或者只出現(xiàn)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(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(guī)律對于進行合理的結(jié)構(gòu)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(jié)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(nèi)形成殘余應力。
(2)中期。自水泥放熱作用基本結(jié)束時開始至混凝土冷卻到穩(wěn)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(zhuǎn)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(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)拉應力,在中間出現(xiàn)壓應力。
(2)約束應力。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(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(cè)面長期暴露。
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,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(fā),保溫應達到下述要求:
(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(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,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(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)護的關(guān)鍵時期,在施工中應切實重視起來。
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,但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統(tǒng)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(xiàn)問題后多分析、多總結(jié),結(jié)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(shù)新產(chǎn)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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