大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生及預(yù)防措施

摘要:大體積混凝土在施工過程中,溫度裂縫是常遇到的問題,這也是大體積混凝土施工中的難點(diǎn);溫度裂縫的產(chǎn)生會影響到結(jié)構(gòu)的性能,嚴(yán)重時(shí)還會影響到結(jié)構(gòu)的安全使用。文章基于溫度應(yīng)力對混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因、混凝土溫度裂縫的控制和預(yù)防等進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞:大體積混凝土;溫度應(yīng)力;溫度裂縫;裂縫控制

中圖分類號:TU755 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)27-0128-02

大體積混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要的地位,特別是工業(yè)建筑工程中應(yīng)用十分廣泛,如火力發(fā)電廠的汽機(jī)基礎(chǔ),就是一個(gè)大型的大體積混凝土特例。大體積混凝土施工的工藝要求很高,在施工過程中,如何控制大體積混凝土的溫度裂縫就是施工工藝的關(guān)鍵點(diǎn),也是大體積混凝土施工的難點(diǎn)。盡管在施工中采取各種措施,小心謹(jǐn)慎,但裂縫仍時(shí)有出現(xiàn)?；炷林辛芽p的出現(xiàn)嚴(yán)重影響到混凝土結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。從而影響到混凝土結(jié)構(gòu)的使用功能及安全性能。因此在大體積混凝土施工過程中,溫度應(yīng)力及溫度的控制十分重要。

一、溫度裂縫產(chǎn)生的原因分析

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有很多種,一是由外荷載引起的,這是發(fā)生最為普遍的一種情況,二是結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫,這是由于結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)與計(jì)算假設(shè)模型的差異引起的;三是變形應(yīng)力引起的裂縫,這是由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起結(jié)構(gòu)變形,當(dāng)變形受到約束時(shí)便產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)此應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生裂縫。

建筑工程中的大體積混凝土結(jié)構(gòu)中,由于結(jié)構(gòu)截面大,水泥用量多,水泥水化所釋放的水化熱會產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用,由此形成的溫度收縮應(yīng)力是導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。表面裂縫是由于混凝土表面和內(nèi)部的散熱條件不同,溫度外低內(nèi)高,形成了溫度梯度,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,表面拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度而引起的;通裂縫是由于大體積混凝土在強(qiáng)度發(fā)展到一定程度,混凝土逐漸降溫,這個(gè)降溫差引起的變形加上混凝土失水引起的體積收縮變形,受到地基和其他結(jié)構(gòu)邊界條件的約束時(shí)引起的拉應(yīng)力,超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)所可能產(chǎn)生的貫通整個(gè)截面的裂縫。這兩種裂縫不同程度上,都屬有害裂縫。因此,掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律及溫度控制對于進(jìn)行大體積混凝土施工極為重要。

二、溫度應(yīng)力的分析

(一)溫度應(yīng)力的形成過程

溫度應(yīng)力的形成可分為以下三個(gè)階段:

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)階段有兩個(gè)特征,一是水泥放出大量水化熱,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。

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,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。

晚期:混凝土完全冷卻以后的服役時(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)力相疊加。

(二)溫度應(yīng)力引起的原因

對于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。因?yàn)榇篌w積混凝土結(jié)構(gòu)尺寸相對較大,混凝土冷卻時(shí)表面溫度低,內(nèi)部溫度高,在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力,在中間過程出現(xiàn)壓應(yīng)力,這種應(yīng)力成為自身應(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,此時(shí)的應(yīng)力稱為約束應(yīng)力。

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。溫度應(yīng)力的分布及大小是比較復(fù)雜的,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)大的松弛,所以分析計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí),還必須考慮徐變的影響。

三、溫度裂縫控制措施

為了有效地控制有害裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展,必須從控制混凝土的水化升溫、延緩降溫速率、減小混凝土收縮、提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度、改善約束條件等方面全面考慮,結(jié)合實(shí)際采取相應(yīng)措施。

(一)降低水泥水化熱和變形

1.選用低水化熱的水泥品種配制混凝土,如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥等。

2.充分利用混凝土的后期強(qiáng)度,減少每立方米混凝土中水泥用量。

3.使用粗骨料,盡量選用粒徑較大、級配良好的粗細(xì)骨料;控制砂石含泥量。

4.在混凝土內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管,能入循環(huán)冷卻水,強(qiáng)制降低混凝土水化熱溫度。

5.允許設(shè)置后澆縫時(shí),合理地設(shè)置后澆縫。大體積混凝土平面尺寸過大時(shí),可以適當(dāng)設(shè)置后澆縫,以減小外應(yīng)力和溫度應(yīng)力;同時(shí)也有利于散熱,降低混凝土的內(nèi)部溫度。

(二)降低混凝土溫度差

選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土,盡量避開炎熱天氣澆筑混凝土。夏季可采用低溫水或冰水?dāng)嚢杌炷?可對骨料噴冷水霧或冷氣進(jìn)行預(yù)冷,或?qū)橇线M(jìn)行覆蓋或設(shè)置遮陽裝置避免日光直曬,以降低混凝土拌合物的入模溫度。

(三)加強(qiáng)施工中的溫度控制

1.在混凝土澆筑之后,做好混凝土的保溫保濕養(yǎng)護(hù),緩緩降溫,充分發(fā)揮徐變特性,減低溫度應(yīng)力,夏季應(yīng)注意避免曝曬,注意保濕,冬期應(yīng)采取措施保溫覆蓋,以免發(fā)生急劇的溫度梯度發(fā)生。

2.采取長時(shí)間“應(yīng)力松弛效應(yīng)”。

3.加強(qiáng)測溫和溫度監(jiān)測與管理,采取信息化控制,隨時(shí)控制混凝土內(nèi)的溫度變化,內(nèi)外溫差控制在25度以內(nèi),基面溫差和基底面溫差均控制在20度以內(nèi),及時(shí)調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施,使混凝土的溫度梯度和濕度不至過大,以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。

(四)提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度

1.選擇良好級配的粗骨料,嚴(yán)格控制其含泥量,加強(qiáng)混凝土的振搗,提高混凝土密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度,減小收縮變形,保證施工質(zhì)量。

2.采取二次投料法,二次振搗法,澆筑后及時(shí)排除表面積水,加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù),提高混凝土早期或相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和彈性模量。

(五)外加劑的使用

使用外加劑也是控制溫度裂縫的重要措施之一,許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能,外加劑的正確合理使用,比單純地靠改善外部條件,可能會更加簡捷、經(jīng)濟(jì)。

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

2.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。

3.減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少沉縮變形。提高水泥漿與骨料的黏結(jié)力,提高的混凝土抗裂性能。

4.混凝土在收縮時(shí)受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)裂縫就會產(chǎn)生。減水防裂劑可有效地提高混凝土抗拉強(qiáng)度,大幅提高混凝土的抗裂性能。

5.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。

6.摻減水防裂劑后混凝土緩凝時(shí)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。

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

四、結(jié)語

以上對大體積混凝土的施工溫度裂縫的產(chǎn)生及控制進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的初步探討,總之,大體積混凝土溫度裂縫問題是可以通過規(guī)范施工得到控制的,在施工過程中,必須嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照相關(guān)的要求進(jìn)行操作,同時(shí)在施工實(shí)踐中要善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn),不斷更新施工工藝,不斷提高施工技術(shù)水平,結(jié)合多種預(yù)防處理措施,大體積混凝土的溫度裂縫是完全可以避免的。

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作者簡介:韋國頌(1975- ),男,廣西武宣人,廣西電力工程建設(shè)公司助理工程師,研究方向:工程施工與管理。