混凝土的施工溫度與裂縫

1、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(yù)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(shè)中的應(yīng)用提供參考。 關(guān)鍵詞混凝土;溫度應(yīng)力;裂縫 混凝土在水利工程建設(shè)中占有重要地位。在大體積混凝土中,溫度應(yīng)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(yīng)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

2、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(yīng))、模板變形、基礎(chǔ)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(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。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(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。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(yīng)力主要是由鋼筋承擔,混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土

3、的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力,則須依靠混凝土自身承擔。一般設(shè)計中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)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(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過其他外荷載所引起的應(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 2.1溫度應(yīng)力的形成過程 溫度應(yīng)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(yīng)力。 (2)中期。自水泥放

4、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(yīng)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(yīng)力與早期所形成的殘余應(yīng)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(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與前2種的殘余應(yīng)力相疊加。 2.2溫度應(yīng)力形成原因 溫度應(yīng)力形成的原因可分為兩類: (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。

5、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。 以上2種溫度應(yīng)力往往與混凝土的干縮所引起的應(yīng)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(yīng)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?xí)r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?xí)r應(yīng)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)合理地分縫分塊。 (2)避免基礎(chǔ)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)