談混凝土的施工溫度與裂縫

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    摘要：通過(guò)多年的現(xiàn)場(chǎng)觀察，通過(guò)查閱有關(guān)混凝土內(nèi)部應(yīng)力方面的專著。對(duì)混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因、現(xiàn)場(chǎng)混凝土溫度的控制和頹防裂縫的措施進(jìn)行等進(jìn)行闡述。
     
   引言

     混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位。而在今天，混凝土的裂縫較為普遍，在建筑工程中裂縫幾乎無(wú)所不在。盡管我們?cè)谑┕ぶ胁扇「鞣N措施，小心謹(jǐn)慎，但裂縫仍然時(shí)有出現(xiàn)?；炷廉a(chǎn)生裂縫的原因有多種，但根本原因是混凝土中的拉應(yīng)力超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度。具體可歸結(jié)為溫度和濕度變化、外荷載產(chǎn)生的變形過(guò)大和施工方法不當(dāng)這3種原因。
     但在大體積混凝土中，溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。其次，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)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(duì)施工中因溫度應(yīng)力產(chǎn)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(chǎn)生裂縫有多種原因，細(xì)分可分為：水泥干縮產(chǎn)生的裂縫。溫差變化，由熱脹冷縮效應(yīng)引起的裂縫。應(yīng)力集中引起的裂縫。使用不當(dāng)造成過(guò)載，變形過(guò)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(dòng)、變形或移位會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。加荷過(guò)早產(chǎn)生的裂縫。施工縫處理不好則可能在施工縫部位出現(xiàn)裂縫?；炷令A(yù)制構(gòu)件，在脫模、運(yùn)輸、堆放、起吊過(guò)程中因各種原因使構(gòu)件受壓區(qū)處于受拉狀態(tài)，都可能使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。
     二、溫度應(yīng)力的分析
     在大體積混凝土中，混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因是由于溫度應(yīng)力的作用?；炷劣不陂g水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。溫度應(yīng)力可超過(guò)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(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。
     根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過(guò)程可分為以下3個(gè)階段：
      早期：自澆筑混凝土開(kāi)始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)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．在此期間混凝上的彈性模量變化不大。
     晚期：混凝土完壘冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)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)力相迭加。
     根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：
     自生應(yīng)力：邊界上沒(méi)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。
     約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)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(yīng)力。如箱粱頂板混凝土和護(hù)欄混凝土。
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。
     要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。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)大的松馳，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，必須考慮徐變的影響，具體計(jì)算這里就不再細(xì)述。
     三、溫度的控制和防止裂縫的措施
     由于溫差的作用，裂縫的產(chǎn)生是不可避免的。根據(jù)計(jì)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(guò)程中混凝土內(nèi)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(xiàn)。
     降低水泥水化熱。包括： 混凝土的熱量主要來(lái)自水泥水化熱，因而選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥配制混凝土較好·精心設(shè)計(jì)混凝土配合比。采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術(shù)，減少每立方米混凝土中的水泥用量，以達(dá)到降低水化熱的目的；選用適宜的骨料。施工中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件盡量選用粒徑較大，級(jí)配良好的粗骨料；選用中粗砂，改善混凝土的和易性，并充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，減少用水量。嚴(yán)格控制混凝土的塌落度。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專人進(jìn)行塌落度的測(cè)量，將混凝土的塌落度始終控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，一般以7～9cm為最佳，夏季施工時(shí)，在混凝土內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管，通循環(huán)冷卻水，強(qiáng)制降低混凝土水化熱溫度。冬季施工時(shí)，采用保溫措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，如技術(shù)條件允許，可在混凝土結(jié)構(gòu)中摻加10％～15％的大石塊，減少混凝土的用量，以達(dá)到節(jié)省水泥和降低水化熱的目的。