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談混凝土的施工溫度與裂縫

作者:無 時間:2012-08-17 16:32

 

  混凝土在現代工程建設中占有重要地位。而在今天,混凝土的裂縫較為普遍,在建築工程中裂縫幾乎無所不在。盡管我們在施工中采取各種措施,小心謹慎,但裂縫仍然時有出現。混凝土產生裂縫的原因有多種,但根本原因是混凝土中的拉應力超過了混凝土的抗拉強度。具體可歸結為溫度和濕度變化、外荷載產生的變形過大和施工方法不當這3種原因。
  但在大體積混凝土中,溫度應力及溫度控製具有重要意義。這主要是由於兩方麵的原因。首先,在施工中混凝土常常出現溫度裂縫,影響到結構的整體性和耐久性。其次,在運轉過程中,溫度變化對結構的應力狀態具有顯著的不容忽視的影響。我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫,因此本文僅對施工中因溫度應力產生混凝土裂縫的成因和處理措施做一探討。
  一、裂縫的原因
  混凝土中產生裂縫有多種原因,細分可分為:水泥幹縮產生的裂縫。溫差變化,由熱脹冷縮效應引起的裂縫。應力集中引起的裂縫。使用不當造成過載,變形過大引起的裂縫。張拉力引起的裂縫。不均勻沉降引起的裂縫。施工中,在混凝土初凝階段因模板振動、變形或移位會使結構產生裂縫。加荷過早產生的裂縫。施工縫處理不好則可能在施工縫部位出現裂縫。混凝土預製構件,在脫模、運輸、堆放、起吊過程中因各種原因使構件受壓區處於受拉狀態,都可能使構件產生裂縫。
  二、溫度應力的分析
  在大體積混凝土中,混凝土產生裂縫的主要原因是由於溫度應力的作用。混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內部溫度不斷上升,在表麵引起拉應力。溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力,因此掌握溫度應力的變化規律對於進行合理的結構設計和施工極為重要。
  根據溫度應力的形成過程可分為以下3個階段:
  早期:自澆築混凝土開始至水泥放熱基本結束,一般約30天。這個階段的兩個特征.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。由於彈性模量的變化.這一時期在混凝土內形成殘餘應力。
  中期:自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止,這個時期中.溫度應力主要是由於混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應力與早期形-成的殘餘應力相疊加.在此期間混凝上的彈性模量變化不大。
  晚期:混凝土完壘冷卻以後的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起,這些應力與前兩種的殘餘應力相迭加。
  根據溫度應力引起的原因可分為兩類:
  自生應力:邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構,如果內部溫度是非線性分布的,由於結構本身互相約束而出現的溫度應力。
  約束應力:結構的壘部或部分邊界受到外界的約束,不能自由變形而引起的應力。如箱粱頂板混凝土和護欄混凝土。
  這兩種溫度應力往往和混凝土的幹縮所引起的應力共同作用。
  要想根據已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較複雜的工作。在大多數情況下,需要依靠模型試驗或數值計算。混凝土的徐變使溫度應力有相當大的鬆馳,計算溫度應力時,必須考慮徐變的影響,具體計算這裏就不再細述。
  三、溫度的控製和防止裂縫的措施
  由於溫差的作用,裂縫的產生是不可避免的。根據計算可以看出,可以采用摻加粉煤灰等有效方法,以降低混凝土硬化過程中混凝土內表的溫差。因而,在施工中采取適宜的措施, 能夠避免有害裂縫的出現。
  降低水泥水化熱。包括: 混凝土的熱量主要來自水泥水化熱,因而選用低水化熱的礦渣矽酸鹽水泥配製混凝土較好·精心設計混凝土配合比。采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術,減少每立方米混凝土中的水泥用量,以達到降低水化熱的目的;選用適宜的骨料。施工中根據現場條件盡量選用粒徑較大,級配良好的粗骨料;選用中粗砂,改善混凝土的和易性,並充分利用混凝土的後期強度,減少用水量。嚴格控製混凝土的塌落度。在現場設專人進行塌落度的測量,將混凝土的塌落度始終控製在設計範圍內,一般以7~9cm為最佳,夏季施工時,在混凝土內部預埋冷卻水管,通循環冷卻水,強製降低混凝土水化熱溫度。冬季施工時,采用保溫措施進行養護,如技術條件允許,可在混凝土結構中摻加10%~15%的大石塊,減少混凝土的用量,以達到節省水泥和降低水化熱的目的。
  降低混凝土入模溫度。包括:澆築大體積混凝土時應選擇較適宜的氣溫,盡量避開炎熱天氣澆築。加強施工中的溫度控製。改善約束條件,削減溫度應力。在大體積混凝土基礎與墊層之間可設置滑動層,如技術條件許可,施工時宜采用刷熱瀝青作為滑動層,以消除嵌固作用,釋放約束應力。
  提高混凝土的抗拉強度。包括:控製集料含泥量。砂、石含泥量過大.不僅增加混凝土的收縮,而且降低混凝土的抗拉強度,對混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌製時必須嚴格控製砂、石的含泥量,將石子含泥量控製在1%以下.中砂含泥量控製在2%以下.減少因砂、石含泥量過大對混凝土抗裂的不利影響,改善混凝土施工工藝。可采用二次投料法、二次振搗法、澆築後及時排除表麵積水和最上層泥漿等方法。加強早期養護,提高混凝土早期及相應齡期的抗拉強度和彈性模置,在大體積混凝土基礎表麵及內部設置必要的溫度配筋,以改善應力分布.防止裂縫的出現。
  四、混凝土的早期養護
  實踐證明.混凝土常見的裂縫,大多數是不同深度的表麵裂縫,其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表麵早期裂縫尤其重要。
  從溫度應力觀點出發,保溫應達到下述要求;防止混凝土內外溫度差及混凝土表麵梯度,防止表麵裂縫。防止混凝土超冷,應該盡量設法使混凝土的施工期最低溫度不低於混凝土使用期的穩定溫度。防止老混凝土過冷.以減少新老混凝土間的約束。
  混凝土的早期養護,主要目的在於保持適宜的溫濕條件.以達到兩個方麵的效果,一方麵使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和幹縮。一方麵使水泥水化作用順利進行,以期達到設計的強度和抗裂能力。
  適宜的溫濕度條件是相互關聯的。混凝上的保溫措施常常也有保濕的效果。
  從理論上分析,新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有餘。但由於蒸發等原因常引起水分損失,從而推遲或防礙水泥的水化.表麵混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆築後的最初幾天是養護的關鍵時期,在施工中應切實重視起來。
  結束語
  以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關係進行了理論和實踐上的初步探討,雖然對於混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論,但對幹具體的預防和改善措施意見還是比較統一,同時在實踐中的應用效果也是比較好的,具體施工中要靠我們多觀察、多比較,出現問題後多分析、多總結,結合多種預防處理措施,混凝土的裂縫 是完全可以避免的。
 



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