混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因及控制措施

才芙敏

摘 要:在建設(shè)工程中,混凝土結(jié)構(gòu)與構(gòu)件出現(xiàn)的不同程度的裂縫,對(duì)結(jié)構(gòu)造成一定的損傷,其中溫度裂縫更為普遍,這嚴(yán)重降低了結(jié)構(gòu)的正常使用功能和耐久性,甚至對(duì)結(jié)構(gòu)的安全造成一定的威脅。因此,有效的控制溫度裂縫,是目前混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工中十分重要的課題

關(guān)鍵詞:溫度裂縫;危害;控制;措施

目前,混凝土在現(xiàn)代建筑工程建設(shè)中占有重要地位。而在今天,混凝土的裂縫較為普遍,幾乎無(wú)所不在?；炷林挟a(chǎn)生裂縫有多種原因,涉及溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,結(jié)構(gòu)的不合理,原材料、模板不合格等等,但對(duì)混凝土溫度應(yīng)力的變化注意不夠是其中之一,在混凝土工程中,尤其是在大體積混凝土中,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。因此僅對(duì)施工中混凝土溫度裂縫的成因和處理措施進(jìn)行探討。

1 原因分析

溫度裂縫是混凝土內(nèi)約束引起的,多發(fā)生在大體積混凝土、高強(qiáng)混凝土或溫差變化較大地區(qū)的混凝土施工過(guò)程中。溫度裂縫的走向通常無(wú)一定規(guī)律,大面積結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯(cuò)。大體積混凝土從澆筑時(shí)起,到達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度為止,即施工期間產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫主要是由水泥水化熱引起的溫度變化造成的。大體積混凝土工程,水泥用量多,結(jié)構(gòu)截面大,因此,混凝土澆筑以后,水泥放出大量水化熱,混凝土溫度升高。由于混凝土導(dǎo)熱不良,體積過(guò)大,相對(duì)散熱較小,混凝土內(nèi)部水化熱積聚難以散失到環(huán)境中,導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升,而混凝土表面散熱較快。升溫階段,混凝土表面溫度總是低于內(nèi)部溫度。由于熱脹冷縮的程度不同,是混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。中心部分混凝土膨脹的速度要比表面混凝土快,中心部分與表面質(zhì)點(diǎn)間形成相互約束,中心屬于約束膨脹,不會(huì)開(kāi)裂;表面屬于約束收縮,當(dāng)表面拉應(yīng)力(t)超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí),混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。隨著水泥水化反應(yīng)的減慢及混凝土的不斷散熱,混凝土由升溫階段過(guò)渡到降溫階段,溫度降低,體積收縮。由于混凝土內(nèi)部熱量是通過(guò)表面向外散發(fā),降溫階段,混凝土表面溫度與中心溫度仍然存在差值,如果過(guò)大,同升溫階段一樣產(chǎn)生表面裂縫。降溫過(guò)程,混凝土體積收縮,同時(shí),考慮到邊界條件和地基的約束,屬于約束收縮。但此時(shí),混凝土齡期增長(zhǎng),強(qiáng)度增大,彈性模量增高,因此,降溫收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大,除了抵消升溫時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力外,在混凝土中形成了較高的拉應(yīng)力(t),超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度后,就引起大體積混凝土的貫穿裂縫。

水泥水化硬化,水是必備的前提條件,但混凝土為了滿(mǎn)足施工和易性的要求,通常所加水量是水泥水化所需水量的數(shù)倍,多余的水為游離水,游離水容易蒸發(fā),引起體積收縮(稱(chēng)為干縮)。干縮與混凝土降溫產(chǎn)生的冷縮疊加,增大了混凝土中的拉應(yīng)力,加劇了混凝土中裂縫的產(chǎn)生。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。

2 溫度裂縫的危害

溫度裂縫對(duì)鋼筋銹蝕、炭化、抗凍融、抗疲勞等方面都會(huì)受到影響。使結(jié)構(gòu)耐久性降低,影響結(jié)構(gòu)的正常使用,更嚴(yán)重者會(huì)使鋼筋斷裂、結(jié)構(gòu)破壞,甚至釀成嚴(yán)重的后果。所以對(duì)混凝土的溫度裂縫必須及早采取措施。

3 溫度的控制和防治裂縫的措施

為了防止裂縫產(chǎn)生,減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手。控制溫度的措施如下:

采用低水化熱、高強(qiáng)度水泥, 以降低水泥水化熱,提高混凝土的抗裂能力;水泥使用前進(jìn)行水化熱測(cè)定,水泥水化熱測(cè)定按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水泥水化熱實(shí)驗(yàn)方法(直接法)》測(cè)定;改善骨料級(jí)配,采用導(dǎo)熱性好、線(xiàn)膨脹系數(shù)小、級(jí)配合理的骨料,減少混凝土溫度應(yīng)力;根據(jù)結(jié)構(gòu)最小斷面尺寸和泵送管道內(nèi)徑,選擇合理的最大粒徑。要優(yōu)先選用天然連續(xù)級(jí)配的粗集料,細(xì)集料以采用級(jí)配良好的中砂為宜。使混凝土具有較好的可泵性,減少用水量、水泥用量,進(jìn)而降低水化熱、混凝土溫升和收縮;優(yōu)化混凝土的配合比,在保證混凝土強(qiáng)度及流動(dòng)度的條件下,盡量降低混凝土中的水泥用量以減少總的水化熱量;拌和混凝土?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限制澆筑厚度和最短的澆筑間歇期;在混凝土中預(yù)埋設(shè)水管,通入冷水,降低混凝土的水化熱溫升;規(guī)定合理的拆模時(shí)間,氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;

在混凝土的施工中,為了提高模板的周轉(zhuǎn)率,往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模,在表面引起很大的拉應(yīng)力,出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發(fā),表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力,此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高,此時(shí)拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應(yīng)力,與水化熱應(yīng)力迭加,再加上混凝土干縮,表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值,就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn),但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海綿等,對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力,具有顯著的效果。 摻用混合材料以減少用水量、節(jié)約水泥,降低混凝土的絕熱溫升,提高混凝土的抗裂能力;

摻用外加劑減緩水化熱的發(fā)生速率。為保證混凝土工程質(zhì)量,防止開(kāi)裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開(kāi)裂的措施之一。

外加劑主要指減水劑、緩凝劑和膨脹劑。混凝土中摻入減水劑,不僅使混凝土工作性能有了明顯的改善,同時(shí)可減少用水量和水泥用量,從而降低了水化熱;一般泵送混凝土為了延緩凝結(jié)時(shí)間,要加緩凝劑,反之凝結(jié)時(shí)間過(guò)早,將影響混凝土澆筑面的粘結(jié),易出現(xiàn)裂縫,使得混凝土整體強(qiáng)度下降;為了防止混凝土的初始裂縫,宜加膨脹劑,但膨脹劑的選取需要注意。

許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能,我們?cè)诠こ虒?shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對(duì)比和研究,比單純的靠改善外部條件,可能會(huì)更加簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)。

4 改善約束條件的措施

合理地分縫分塊;避免基礎(chǔ)過(guò)大起伏;合理的安排施工工序,避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露;

以上對(duì)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,溫度裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的問(wèn)題,但是我們?cè)趯?shí)際工程的具體施工中通過(guò)采取相應(yīng)的措施,對(duì)溫度有效控制,混凝土的裂縫是完全可以減少甚至避免的。我們還要多觀察、多比較,出現(xiàn)問(wèn)題后多分析、多總結(jié),更好的預(yù)防裂縫的產(chǎn)生,提高整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全性,延長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)的壽命。