建筑工程混凝土溫度與裂縫控制

孟加敏

摘要：混凝土在建筑工程占有重要地位，混凝土工程的質(zhì)量也直接影響到結(jié)構(gòu)的承載性，耐久性和整體性，在現(xiàn)場施工過程中發(fā)現(xiàn)混凝土的裂縫問題較為普遍，究其原因是忽視了混凝土溫度應(yīng)力的變化對混凝土開裂的影響，因此在建筑工程中對混凝土的溫度控制和裂縫防治具有積極意義。

關(guān)鍵詞：建筑工程;混凝土;裂縫;溫度控制

隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，混凝土以其優(yōu)良的性能在工程建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用，然而混凝土也存在如抗裂性能差此類難以克服的缺陷，本文對混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，施工現(xiàn)場的混凝土溫度控制以及預(yù)防裂縫的措施進(jìn)行論述。

1.裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有多種，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理;原材料（如水泥）選擇不當(dāng)或原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)）;配合比設(shè)計不合理（如水泥用量過大或水灰比過大）以及澆筑過程中水灰比不穩(wěn)定;施工環(huán)境溫度及混凝土養(yǎng)護(hù)溫度過高或過低;模板變形;混凝土上過早施加荷載（主要是活荷載）;基礎(chǔ)不均勻沉降等。

混凝土硬化期間水泥放出大量的水化熱，內(nèi)部溫度上升，表面引起拉應(yīng)力。后期降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束，又會在內(nèi)部和表面都引起大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化很慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如果養(yǎng)護(hù)不周，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也可導(dǎo)致裂縫。混凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1/10左右，短期加荷時的極限拉應(yīng)變?yōu)椋?.6～1.0）×104，長期加荷時的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，加上運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)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)力可能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)力分析

溫度應(yīng)力的形成過程大致可分為以下3個階段：⑴前期：這一階段自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束為止，通常大約需要30d的時間。在這個階段內(nèi)，混凝土?xí)霈F(xiàn)兩個明顯的物理和化學(xué)變化特征：一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝土彈性模量急劇變化。由于彈性模量的變化，混凝土內(nèi)會形成殘余應(yīng)力。⑵中期：這一階段自水泥放熱作用基本結(jié)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止。在這個階段內(nèi)，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)力疊加在一起。⑶后期：是指混凝土完全冷卻以后的運轉(zhuǎn)時期。這時的溫度應(yīng)力主要是由外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種殘余應(yīng)力進(jìn)一步疊加。

澆筑溫度與施工時外部氣溫變動有直接關(guān)系。外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高;如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度，如果外界溫度下降過快，會造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外，外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3.施工過程溫度控制與裂縫預(yù)防

根據(jù)以上對溫度應(yīng)力的分析，可以針對不同時期的影響因素，對混凝土施工各個過程中的溫度進(jìn)行控制，以減少裂縫的產(chǎn)生。為最大程度地減少混凝土裂縫，在施工中采取了以下措施來控制溫度，取得了不錯的施工效果，使裂縫產(chǎn)生的現(xiàn)象明顯減少。

⑴改善骨料級配，科學(xué)設(shè)計配合比。在盡量保證其強度的前提下，選取粒徑大、強度高、級配好的骨料，確定適合的水灰比、水泥用量、砂率。不宜過多增加水泥用量，坍落度不宜過大，這樣可以獲得較小的空隙率及比表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少干縮，減小了混凝土裂縫的開展。⑵用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。合理地選用水泥，可以減少水泥水化過程中釋放的熱量，降低混凝土內(nèi)溫度梯度。對于大體積混凝土應(yīng)該選擇低熱或者中熱的水泥品種，而水泥釋放溫度的大小及速度取決于水泥內(nèi)的礦物成分，水泥礦物中發(fā)熱速率最快和發(fā)熱量最大的是鋁酸三鈣，其他成分依次為硅酸三鈣、硅酸二鈣和鐵鋁酸四鈣;另外，水泥越細(xì)發(fā)熱速率越快，但是不影響最終發(fā)熱量。因此在大體積混凝土施工中應(yīng)盡量使用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥等低熱水泥。⑶拌合混凝土?xí)r加水或用水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減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱;在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫。⑷規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度變化;施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)應(yīng)采取保溫措施。

4.制定合理的施工方案，加強施工管理

⑴合理安排施工工序，避免高差過大或側(cè)面長期暴露。合理調(diào)整施工進(jìn)度，避免在夏季和冬季極端氣候條件下進(jìn)行混凝土施工;高溫季節(jié)進(jìn)行澆筑混凝土作業(yè)時應(yīng)適當(dāng)減少澆筑厚度，并利用澆筑層面散熱。⑵嚴(yán)格按規(guī)定的配料單進(jìn)行配料，水、水泥、砂、石子均應(yīng)事先稱重，稱量偏差控制在允許偏差范圍內(nèi)。拌和程序和拌和時間應(yīng)嚴(yán)格按操作要求進(jìn)行。⑶夏季施工時注意降低混凝土澆筑溫度，應(yīng)從降低混凝土出機口溫度，減少運輸和倉面的溫度回升兩方面入手;冬季施工時注意混凝土保溫，在合理的時間內(nèi)拆模，氣溫驟降時還要進(jìn)行表面保溫。⑷澆筑倉面控制。混凝土裂縫一般最先出現(xiàn)在混凝土的薄弱部位，所以在施工過程中應(yīng)最大限度地減少薄弱部位。⑸二次抹壓。混凝土澆筑完畢，抹壓成型。在混凝土初凝前進(jìn)行二次抹壓，消除因混凝土干縮、塑性收縮產(chǎn)生表面裂縫，以增加表面混凝土密實度。二次抹壓對消除以上原因產(chǎn)生的混凝土表面裂縫效果顯著。

5.結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因相當(dāng)復(fù)雜，以上僅對施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了初步探討，即導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥硬化過程中釋放大量的水化熱所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過了混凝土的極限抗拉強度。所以如何控制混凝土水化熱升溫和結(jié)構(gòu)物體內(nèi)外溫差是能否產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵。施工中要充分考慮混凝土原材料的選擇，配合比的優(yōu)化，適當(dāng)?shù)負(fù)交旌狭稀⑼饧觿﹣硖岣呋炷恋男阅堋Ｍ瑫r注意澆筑方法、層厚、入倉溫度、體積變形及徐變、外界水溫、氣溫變化及養(yǎng)護(hù)等，這些在實踐應(yīng)用中收到了良好的效果。

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