施工溫度與裂縫對水工混凝土的影響
2006-05-30 00:00
摘 要： 在工程運行過程中，溫度的變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的、不容忽視的影響。目前人們遇到的主要是施工中產(chǎn)生的溫度裂縫，本文對混凝土施工中裂縫的成因和處理措施作如下初步探討。
關(guān)鍵詞：施工溫度 裂縫 水工 混凝土
混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位，而混凝土的裂縫較為普遍，特別是在水利水電工程建設(shè)中，混凝土裂縫幾乎無處不在。盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹(jǐn)慎，但裂縫仍然時有發(fā)生。究其原因，人們對混凝土溫度應(yīng)力的變化注意不夠是原因之一。在大體積混凝土中，溫度應(yīng)力是產(chǎn)生裂縫的主要因素之一，這就反映了混凝土施工溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因，首先，在施工中混凝土膠結(jié)材料產(chǎn)生水化熱，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力而出現(xiàn)溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性；其次，在工程運行過程中，溫度的變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的、不容忽視的影響。目前人們遇到的主要是施工中產(chǎn)生的溫度裂縫，本文對混凝土施工中裂縫的成因和處理措施作如下初步探討。
1. 裂縫的成因
混凝土產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要因素是溫度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性、結(jié)構(gòu)不合理、原材料不合格、模板變形和基礎(chǔ)不均勻沉降等。
混凝土在硬化期間水泥產(chǎn)生大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在混凝土表面引起拉應(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。氣溫的降低也會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，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)不當(dāng)、時干時濕，表面干縮變形受到內(nèi)部混凝土體的約束，也往往產(chǎn)生裂縫。
由于原材料質(zhì)地不均勻、水灰比不穩(wěn)定以及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊體混凝土中其抗拉強度也是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。施工中混凝土由最高溫度冷卻到工程運行時期的穩(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)計和施工極為重要。
2. 溫度應(yīng)力的分析
溫度應(yīng)力根據(jù)其形成過程可分為以下三個階段：
第1 階段：自開始澆筑混凝土至水化熱基本結(jié)束，一般約為3 0 天。這個階段具備兩個特征：一是水泥揮發(fā)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，這一時期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。
第2 階段：自水化熱作用基本結(jié)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止。在這個時期，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。
第3 階段：混凝土完全冷卻以后的運轉(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)力相疊加。
3. 溫度的控制和防止裂縫的措施
為了防止混凝土裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制混凝土溫度、改善約束條件和加強混凝土早期養(yǎng)護(hù)三個方面考慮。
3.1 控制混凝土溫度的措施：
改善混凝土骨料級配，采用干硬性混凝土、摻混合料、摻加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量；拌合混凝土?xí)r加漿或用冰將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑層厚度，利用澆筑層面散熱；在混凝土中埋設(shè)冷卻水管對混凝土內(nèi)部進(jìn)行降溫；規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時對混凝土表面進(jìn)行保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化；施工中長期暴露在外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，以免混凝土表面和內(nèi)部產(chǎn)生較大的溫差。
3 . 2 改善約束條件的措施：
對混凝土體進(jìn)行合理地分縫分塊；避免基礎(chǔ)過大起伏；合理的安排混凝土澆筑工序，避免
過大的高差和側(cè)面長期暴露；改善混凝土的性能，提高其抗裂能力，加強養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮。
3.3 加強混凝土的早期養(yǎng)護(hù)
混凝土常見的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是混凝土表面與內(nèi)部溫差過大，寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此，混凝土的保溫對防止混凝土表面早期裂縫非常重要。
從溫度應(yīng)力方面考慮，混凝土保溫應(yīng)達(dá)到下述要求：防止混凝土內(nèi)外溫差過大，防止其表面裂縫；防止混凝土超冷，應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土運行期的穩(wěn)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(yǎng)護(hù)，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達(dá)到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。另一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計強度和設(shè)計抗裂能力。適宜的溫、濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的，混凝土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余，但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且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)的關(guān)鍵時期，在施工中應(yīng)切實重視起來。
4. 結(jié)束語
以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了初步探討，在施工過程中應(yīng)根據(jù)實際情況盡量采取不同的控制措施，以免混凝土產(chǎn)生裂縫。
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