對混凝土的施工溫度與裂縫的探討

在建筑工程中，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫較為普遍，裂縫的類型也很多，但按成因基本可歸結(jié)為由外荷和變形引起的兩大類裂縫。其中由混凝土收縮和溫度變形引起的收縮裂縫和溫度裂縫以及由這兩種變形共同引起的溫度收縮裂縫是實(shí)際工程中最常見的裂縫。下面對施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做一簡單探討。

一、混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土具有熱脹冷縮和濕漲干縮的特性。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、摸板變形及基礎(chǔ)不均勻沉降等。裂縫的表現(xiàn)形式一般有:塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫、凝縮裂縫、干縮裂縫、溫度裂縫、碳化裂縫、化學(xué)反應(yīng)裂縫、沉陷裂縫和凍脹裂縫等。混凝土的變形主要體現(xiàn)為收縮變形，混凝土的收縮變形會引起其內(nèi)部產(chǎn)生很大的彈性拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大干混凝土抗拉強(qiáng)度時。混凝土表面就會開裂。

混凝土在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。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(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、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。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)，混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結(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(yùn)轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。

二、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階段:

(1)初期:從澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般需要30天。在此階段混凝土兩個特征，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:自水泥放熱作用基本結(jié)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中，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，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。

(3)晚期:混凝土完全冷卻以后的運(yùn)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:

(1)自生應(yīng)力:邊界上沒有任何約束或完壘靜止的結(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: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(hù)欄混凝土。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。耍想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算。混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松馳，計(jì)算溫度應(yīng)力時，必須考慮徐變的影響，具體計(jì)算這里就不再細(xì)述。

三、溫度的控制和防止裂縫的措施

1、控制溫度

(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加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減少澆筑的厚度，利用澆筑層面散熱，

(4)在混凝土中埋設(shè)水管，通人冷水以求降溫。

(5)規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進(jìn)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，

2、改善約束條件的措施是:

(1)合理地分縫分塊;

(2)避免基礎(chǔ)過大起伏，

(3)合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露，

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要，應(yīng)特別注意避免產(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。在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力。與永化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。加筋對大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低。只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時間及溫度無關(guān)。為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑，筆者在實(shí)踐中總結(jié)出其主要作用為:

(1)混凝土中存在大量毛細(xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力，但會使混凝土強(qiáng)度降低。這個表面張力理論早在六十年代就已被國際上所確認(rèn)。

(2)水灰比是影響混凝士收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。

(3)水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補(bǔ)充。

(4)減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少申縮變形。

(5)提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力，提高的混凝土抗裂性能。

(6)混凝土在收縮時受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大干混凝土抗拉強(qiáng)度時裂縫就會產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強(qiáng)度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

(7)摻加外加劑可使混凝土密實(shí)性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮。

(8)摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當(dāng)，在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。

(9)摻外加劑混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，減少水分蒸發(fā)，減少干燥收縮。

許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，我們在工程實(shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對比和研究，比單純的靠改善外部條件，可能會更加簡捷、經(jīng)濟(jì)。混凝土的初期養(yǎng)護(hù)也很重要，新澆混凝土中所含水分完金可以滿足水泥水化的要求，但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或妨礙水泥的水化，表面混凝土容易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(hù)關(guān)鍵時期，在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來。

四、結(jié)束語

建筑工程中混凝土裂縫種類較多，而且是普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會影響建筑物的外觀，還會影響建筑物的使用功能和耐久性，嚴(yán)重者將會威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安壘，因此要根據(jù)不同的部位、形態(tài)以及嚴(yán)重程度對混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真分析，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，以保證工程質(zhì)量。