浅谈混凝土的施工温度与裂缝

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  摘要:混凝土裂缝威胁着工程质量,文章通过阐述裂缝产生的原因,分析温度应力,提出控制温度和预防裂缝的措施,以及防止裂缝对混凝土进行早期养护,从混凝土裂缝的角度为工程安全提出参考依据。
  关键词:温度 裂缝 养护
  0 引言
  长期以来,混凝土在建筑施工中始终发挥着举足轻重的作用。但是混凝土裂缝问题也是长期困扰建筑、施工单位的一大难题,桥梁工程裂缝问题尤为严重。尽管在施工阶段已采取了防治措施,但裂缝仍时有发生。在混凝土施工中,温度应力和温度控制对裂缝防治意义重大,具体体现在:一是混凝土结构的整体性和耐久性受温度产生的裂缝的影响较大;另一方面结构的应力状态受温度变化的影响明显。
  1 裂缝产生的原因
  在混凝土施工中,原材料的选择、温湿度变化、混凝土的脆性和不均匀性、地基发生不均匀沉陷等等诸多因素都有可能引发混凝土裂缝,因此在施工中要加强各环节、各工序的质量控制。由于混凝土水花作用会产生大量水化热,致使混凝土内、外部形成温度差,进而导致混凝土表面产生拉应力。降温时,基础混凝土与旧混凝土相互制约,导致混凝土的内部出现大于混凝土本身抗裂能力的拉应力,进而引发结构裂缝。混凝土作为一种脆性材料,抗拉强度不均匀,在混凝土的内部存在许多抗拉能力低、极易出现裂缝的薄弱部位。另外,由于原材料拌合不均匀,水灰比不稳定,以及混凝土出现离析现象,在混凝土内部由钢筋承担拉应力,混凝土只承受压应力。但是在钢筋混凝土的边缘和素混凝土内部,这部分拉应力职能由混凝土本身承担。因此,浇筑过程中,要严格控制浇筑质量,尽量避免混凝土构件产生拉应力。但是在施工过程中,由于混凝土温度的变化,导致混凝土内部产生拉应力。为了确保结构设计的合理性,熟悉温度应力的变化规律。
  2 温度应力的分析
  形成温度应力过程分为早期、中期、晚期三个阶段:
  ①早期:大约需要30天,是指从开始浇筑混凝土到水泥完成放热。此时混凝土表现出两个特征:一是弹性模量发生急剧变化;二是水泥产生大量水化热。②中期:从水泥完成放热到混凝土温度基本稳定,在这个阶段受外界温度的变化以及混凝土的冷却影响产生温度应力,并且与上阶段的残余应力彼此迭加,但是,弹性模量中期的变化不大。③晚期:是指从混凝土的运转时期。温度应力在外界温度变化出现,结合早期和中期的残余应力进行迭加。
  按照引起温度应力的原因分为:自生应力、约束应力:
  ①自生应力:没有任何约束或处于静止的结构的混凝土边界,在结构本身影响和约束下,如果混凝土的内部温度是非线性的,那么就会出现温度应力。②约束应力:由于结构的全部或部分在外界约束下难以自由变形而出现的应力。
  自生应力和约束应力常常与因混凝土干缩引起的应力共同作用。
  对温度应力的分布、大小,根据已知的温度难以进行准确分析,并且分析工作比较复杂,通过采用辅助模型试验、数值计算最终求得。在混凝土徐变影响下温度应力出现相当大的松驰,因此,计算温度应力时,需要考虑混凝土温度徐变的影响。
  3 温度的控制和防止裂缝的措施
  通常情况下,通过对温度进行控制以及完善约束条件两方面防止裂缝,减轻温度应力。
  控制温度的措施:
  ①为了减少混凝土的水泥用量,通过改变骨料的级配,借助干硬混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂进行处理。②为了降低混凝土的浇筑温度,在拌合混凝土时加水或者将碎石用水冷却。③夏季施工时,通过降低浇筑混凝土的厚度,利用浇筑层面进行散热。④埋置管道通过冷水对混凝土进行降温。⑤拆模时间要科学合理,必要时采取措施对混凝土进行表面保温。⑥在寒冷季节,对于长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,通过合理地分缝分块、避免基础过大起伏、合理安排施工工序措施进行保温。
  此外,为了防止混凝土表面干缩,确保混凝土的质量,避免产生贯穿裂缝,通过改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护。修复出现裂缝的混凝土,恢复原结构的完整性十分困难,因此,需要防止混凝土出现贯穿性裂缝。
  在灌注混凝土的过程中,为了提高模板的利用率,新浇筑的混凝土拆模越早越好。当混凝土温度大于外界温度时,要充分考虑拆模时间避免早期混凝土表面出现裂缝,浇筑混凝土的初期,水化热在混凝土的表面产生相当大的拉应力,混凝土表面温度骤降,如果此时拆模,必然导致表面拉应力增加,出现与水化热应力迭加,就有可能出现裂缝。在拆模后为了防止混凝土表面产生过大的拉应力,需要对拆模后的混凝土进行及时处理,在混凝土的表面覆盖一层轻型保温材料,防裂效果显著。
  对于大体积混凝土的温度应力受加筋的影响比较小,在温度不太高的条件下,钢筋的各项性能比较稳定,线胀系数与混凝土线胀系数相差不大,并且两者的内应力受温度变化的影响比较小。由于钢筋的弹性模量是混凝土的7~15倍,如果混凝土内应力大于抗拉强度导致混凝土出现开裂,钢筋的应力在100~200kg/cm2。因此,通过钢筋调整混凝土出现的裂缝比较困难。但是通过较细钢筋、进行小间距布置时,提高混凝土的抗裂性能效果较好。
  为了确保混凝土的施工质量,提高混凝土的耐久性,防止混凝土开裂,在施工过程中使用减水防裂剂也是一种有效的防裂措施。在混凝土施工中,减水防裂剂的主要作用为:
  ①在混凝土中存在大量的毛细孔道,毛细管因水分蒸发进而产生张力,使混凝土干缩变形。通过加入减水防裂剂缩小毛细孔径增加表面张力,提高混凝土强度。②混凝土收缩受水灰比的影响比较严重,通过减水防裂剂可使用水量减少25%。③混凝土收缩率受水泥用量的影响也比较大,在混凝土同等强度下,通过掺加减水防裂剂可使水泥用量减少15%。④在改善水泥浆的稠度方面,掺加减水防裂剂可减少混凝土泌水和沉缩变形。⑤混凝土中加入减水防裂剂可以提高水泥浆与骨料的粘结力以及抗裂性能。⑥通过在混凝土中掺加减水防裂剂提高其抗裂性能。⑦混凝土中加入减水防裂剂能够提高其抗碳化性、减少碳化收缩方面。⑧减水防裂剂能够有效防止水泥快速水化放热,避免混凝土塑性收缩增加。⑨通过掺加减水剂,使混凝土和易性更好,减少水分蒸发和干燥收缩,保持混凝土表面易摸平,形成微膜。
  另外,许多减水剂还具有缓凝、提高和易性、改善水泥塑性的功能。通过掺加减水防裂剂使得混凝土施工更加方便、经济。
  4 混凝土的早期养护
  在现场施工过程中,比较常见的混凝土裂缝,以表面裂缝为主,只是深度有所不同。在寒冷地区由于温度梯度造成的温度骤降进而形成裂缝。因此,防止混凝土早期表面出现裂缝,对混凝土进行保温格外重要。进行保温的过程中,保温操作时应符合下列要求:
  ①缩小混凝土内部温度和外界温度的差距,以及其表面的温度梯度,防止混凝土表面出现裂缝。②混凝土施工的最低温度接近其使用期的稳定温度,避免温度过低。③减少新老混凝土接触面之间的约束,避免出现过冷。
  混凝土早期养护,使混凝土保持适宜的温湿:一方面为了防止混凝土出现有害的冷缩和干缩,避免不利的温度和湿度变形的破坏;另一方面为了使混凝土符合设计的强度和抗裂能力,确保水泥水化作用顺利进行。
  混凝土施工过程中,温度和湿度条件是相互作用、彼此关联的,在进行保温的同时也伴有保湿效果。
  新浇筑的混凝土中所含水分从理论上完全可以满足水泥水化的需要,但是,由于水分出现损失,例如蒸发现象等,在一定程度上推迟或阻碍了水泥的水化。因此,对新浇筑的混凝土进行防护,在最初几天是关键的养护时期,在对混凝土的施工过程中,需要提高重视,避免混凝土出现裂缝。
  5 结束语
  本文从理论和实践两个方面,详细阐述混凝土的施工温度与裂缝之间的关系,对形成混凝土裂缝的原因和计算方法,在学术界难以统一观点和理论,但在预防措施和改善方案方面却达成了统一的认识,其措施和方案在施工时效果十分理想。因此,在混凝土施工过程中要不断加强研究,做出比较,分析和总结施工中出现的问题,采取防治结合措施,混凝土裂缝完全可以避免。
  参考文献:
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