溫度對(duì)混凝土施工中產(chǎn)生裂縫的影響

摘 要：我們?cè)诤丨h(huán)境混凝土施工中遇到了很多混凝土裂縫問(wèn)題，不僅影響工程質(zhì)量，也產(chǎn)生了一定的安全隱患。本文通過(guò)作者多年現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)查閱了有關(guān)混凝土應(yīng)力文獻(xiàn)，綜合論述了溫度對(duì)混凝土施工中產(chǎn)生裂縫的影響。

關(guān)鍵詞：混凝土 裂縫 應(yīng)力 溫度 措施

中圖分類號(hào)：TU755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）01（b）-0079-01

在絕大部分工程建設(shè)中，混凝土是很重要的工程材料，在混凝土的使用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂縫問(wèn)題。造成這種情況的原因之一是我們對(duì)混凝土溫度應(yīng)力的變化考慮不夠。在混凝土的使用中，溫度應(yīng)力及溫度控制是兩個(gè)關(guān)鍵條件，究其原因有兩點(diǎn)：（1）溫度裂縫是混凝土在施工中經(jīng)常遇到的，它會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)整體性和耐久性產(chǎn)生影響；（2）運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程常會(huì)出現(xiàn)溫度變化，這會(huì)較大程度的影響結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)。本文僅以施工溫度為例探討施工過(guò)程中造成混凝土裂縫的原因及相關(guān)的預(yù)防措施。

1 造成混凝土裂縫的原因

裂縫在混凝土中產(chǎn)生的原因有很多方面，其中最主要的是溫濕度改變，混凝土結(jié)構(gòu)不合理，脆性及不均勻性，模板變形，堿骨料反應(yīng)，基礎(chǔ)不均勻沉陷等。在混凝土逐漸硬化的期間，水泥會(huì)釋放出水化熱，使其內(nèi)溫提高，從而在表面反映出拉應(yīng)力。在后期溫度下降時(shí)期，因?yàn)榛A(chǔ)約束的原因，在混凝土內(nèi)部和表面都會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于抗裂能力后，混凝土就會(huì)出現(xiàn)裂縫。大多數(shù)混凝土的內(nèi)部濕度沒(méi)有或有很慢的變化，而表面濕度會(huì)發(fā)生較大或劇烈的變化。在養(yǎng)護(hù)不當(dāng)時(shí)，表面濕度降低引起干縮形變，同時(shí)混凝土又受到內(nèi)部的約束，也會(huì)引起裂縫。混凝土脆性較大，抗壓強(qiáng)度幾乎是抗拉強(qiáng)度的10倍，極限拉伸變形在長(zhǎng)期加荷時(shí)只有（1.2～2.0）×104，極限拉伸應(yīng)變?cè)诙唐诩雍蓵r(shí)為（0.6～1.0）×104。不均勻的原材料造成水灰比不穩(wěn)定，在運(yùn)輸途中和澆筑中還會(huì)9neKk9cMuYoKTRJ1GJfOZCSviLajgZ+8hv5u+aPCTT4=出現(xiàn)離析現(xiàn)象，所以對(duì)于同一塊混凝土來(lái)說(shuō)，抗拉強(qiáng)度也是不一致的，從而會(huì)出現(xiàn)裂縫。混凝土由施工中的最高溫度逐漸降至穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度，會(huì)使其內(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。溫度應(yīng)力經(jīng)常會(huì)超出其它外荷載產(chǎn)生的應(yīng)力，所以了解溫度應(yīng)力的浮動(dòng)規(guī)律是使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工更加合理的保障。

2 溫度應(yīng)力變化研究

溫度應(yīng)力產(chǎn)生有三個(gè)階段：在初期，溫度應(yīng)力的產(chǎn)生從混凝土開(kāi)始澆筑到水泥放熱過(guò)程終止，需要大約28～30天。溫度應(yīng)力初期有兩個(gè)特點(diǎn)，一是大量的水化熱由水泥中放出，二是混凝土彈性模量發(fā)生快速變化。因?yàn)閺椥阅Ａ扛淖儗?dǎo)致這一階段混凝土中產(chǎn)生部分應(yīng)力。在中期，溫度應(yīng)力從水泥放熱過(guò)程終止起至混凝土溫度下降至不再變化止，該階段溫度應(yīng)力大部分是因?yàn)榛炷磷陨頊囟冉档秃屯饨绛h(huán)境溫度變化產(chǎn)生的，這部分應(yīng)力與初期產(chǎn)生的部分應(yīng)力加和，這個(gè)階段混凝土的彈性模量沒(méi)有太大改變。在末期，混凝土溫度下降至不再變化以后的階段。溫度應(yīng)力主要是由于外界環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的，這些部分應(yīng)力與前兩部分應(yīng)力加和。

溫度應(yīng)力大致分為兩種。一種是自生應(yīng)力，在邊界上沒(méi)有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)中，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：江面水壩、大型設(shè)備基礎(chǔ)、大型水泥柱等，體積非常大，混凝土冷卻時(shí)內(nèi)部溫度高，表面溫度低，這樣就會(huì)使混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。另一種是約束應(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溫度應(yīng)力。例如板式面板堆壩混凝土、板式過(guò)梁混凝土和圍樁混凝土等。

3 如何控制溫度防止裂縫的產(chǎn)生

在施工過(guò)程中避免混凝土溫度裂縫是重要的課題，這直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)受力強(qiáng)度及耐久性指標(biāo)。

從溫度調(diào)節(jié)及約束條件入手盡量避免溫度應(yīng)力，防止裂縫。更好的進(jìn)行分縫分塊安排；改善約束條件：減輕基礎(chǔ)起伏程度；更好的調(diào)整工程工序，減輕高差差異，避免側(cè)面長(zhǎng)期裸露。氣溫較低環(huán)境下施工，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間裸露的混凝土表面或薄壁部分使用保溫保暖手段。大型混凝土混合過(guò)程中用水降溫或沖洗碎石來(lái)降低混凝土入模的溫度。安排適當(dāng)?shù)牟鹉r(shí)間，環(huán)境溫度突降時(shí)對(duì)表面采取保溫措施，避免混凝土產(chǎn)生劇烈的溫度變化。將循環(huán)水管排布在混凝土內(nèi)部，在水管中循環(huán)冷水降溫，把混凝土內(nèi)部的熱量帶走，縮小混凝土內(nèi)及表面的溫差。在溫度較高的環(huán)境下澆筑混凝土，必須分層澆注，同時(shí)要求層均厚度小于等于30㎝，使其達(dá)到層面散熱的效果。用干硬性混凝土，提高骨料級(jí)配水平，摻混合料等措施使單位水泥用量降低。

混凝土的原材料的選取。水泥應(yīng)盡量選取低水化熱水泥。水采用達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水。外加劑以水泥的減水率、適應(yīng)性、塌落度以及緩凝時(shí)間等指標(biāo)為依據(jù)進(jìn)行選擇。細(xì)骨料盡量選擇細(xì)度模數(shù)在2.5～2.9 之間的細(xì)骨料。粗骨料的各項(xiàng)指標(biāo)滿足行業(yè)技術(shù)管理規(guī)定要求，可選毛石混凝土，盡量使用雙級(jí)配或多級(jí)配。摻外加劑可以一定程度上避免開(kāi)裂，選擇適合的外加劑可以提高混凝土的力學(xué)性能，提高混凝土的穩(wěn)定性。摻粉煤灰，粉煤灰是混凝土比較好的活性材料，可以使混凝土中產(chǎn)生活性效應(yīng)、型太效應(yīng)、微集料效應(yīng)，可以有效改良混凝土的性能。

由于大體積混凝土的配筋率很低，所以從大體積混凝土來(lái)說(shuō)，加筋對(duì)混凝土的溫度應(yīng)力影響不大，只能影響一般的鋼筋混凝土。特例是作用在間距密直徑細(xì)的鋼筋上，可以提高混凝土的抗裂性，特別是加筋在結(jié)構(gòu)上層可以明顯的減少開(kāi)裂的數(shù)量、長(zhǎng)度、深度。從而，應(yīng)把影響裂縫的因數(shù)考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中去。

此外，由于貫穿性裂縫出現(xiàn)后對(duì)于其整體結(jié)構(gòu)的恢復(fù)很困難，所以應(yīng)該特別注意預(yù)防貫穿性裂縫。

4 結(jié)論

施工過(guò)程中造成混凝土裂縫的原因相當(dāng)復(fù)雜，本文僅以施工溫度為例探討施工過(guò)程中造成混凝土裂縫的原因及相關(guān)的預(yù)防措施。通過(guò)研究推到得出結(jié)論，因?yàn)樗嘤不^(guò)程里產(chǎn)生較多的水化熱，熱量直接導(dǎo)致溫度應(yīng)力大于混凝土的極限拉力，從而產(chǎn)生裂縫。所以施工中要通過(guò)控制混凝土水化熱升溫來(lái)減輕結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差。這需要利用選擇混凝土原材料，優(yōu)化混凝土比例，摻入合理的外加劑、混合料等手段對(duì)混凝土的性能加以提高。同時(shí)注意其他一些內(nèi)、外部環(huán)境變化。

以上一些措施在施工中效果顯著，綜上所述，加強(qiáng)預(yù)防、掌握合適的處理措施，混凝土的裂縫問(wèn)題可以很好地解決。

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