淺析混凝土溫度裂縫及其處理措施

高　峰

摘要:文章對混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因、現(xiàn)場混凝土溫度的的控制和預(yù)防裂縫的措施等進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞:混凝土;溫度應(yīng)力;裂縫;控制

1 引言。混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位。而在今天,混凝土的裂縫較為普遍,在橋梁工程中裂縫幾乎無所不在。盡管我們在施工中采各種措施,小心謹(jǐn)慎,但裂縫仍然時(shí)有出現(xiàn)。究其原因,我們對混凝土溫度應(yīng)力的變化注意不夠期中之一。在大體積混凝土中,溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因。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(yùn)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。本文對施工中混凝土裂縫的成因和處理措施作一探討。

2 混凝土施工裂縫成因及其處理措施

2.1 裂縫的成因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因,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(yīng)),模板變形,基礎(chǔ)不均勻沉降等。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(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí),即會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢,但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕,表面干縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束,也往往導(dǎo)致裂縫。混凝土是一種脆性材料,抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右。由于原材料不均勻,水灰比不穩(wěn)定,及運(yùn)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(qiáng)度又是不均勻的,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(dān),混凝土只是承受拉應(yīng)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(yīng)力,則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者出現(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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度,往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)可超過其他處荷載所引起的應(yīng)力,因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。

2.2 溫度應(yīng)力的分析

根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段:

2.2.1 早期。自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束,一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征,一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化,這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。

2.2.2 中期。自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止,在這個(gè)時(shí)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,在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

2.2.3 晚期。混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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,根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類:

2.2.3.1 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。

2.2.3.2 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。

2.3 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(gè)方面著手:

2.3.1 控制溫度措施。2.3.1.1 采用改善骨料級配,用于硬性混凝土,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。2.3.1.2 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。2.3.1.3 熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱。2.3.1.4 在混凝土中埋設(shè)水管,通入冷水降溫。2.3.1.5 在規(guī)定合理的拆模時(shí)間,氣溫驟降時(shí)時(shí)行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度。2.3.1.6 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。

2.3.2 改善約束條件的措施

2.3.2.1 合理地分縫分塊

2.3.2.2 避免基礎(chǔ)過大起伏

2.3.2.3 合理地安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。

3 結(jié)語

改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),心止表面干縮,特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要,應(yīng)特雖注意避免產(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。

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