淺談混凝土的施工溫度與裂縫的成因與控制

【摘要】在如今的工程建設(shè)中，混凝土構(gòu)件占有相當(dāng)大的比重。但因?yàn)榛炷恋目估瓘?qiáng)度比較低，所以在混凝土構(gòu)件中會(huì)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些裂縫，而這些裂縫的存在會(huì)嚴(yán)重影響混凝土構(gòu)件的使用效能，甚至?xí)斐梢欢ǖ陌踩：?。這些裂縫主要是因?yàn)榛炷翜囟葢?yīng)力的變化而引起的。本文將結(jié)合察汗烏蘇水電站大壩工程對(duì)混凝土的施工溫度和裂縫的成因與控制進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】混凝土；施工溫度；裂縫；成因；控制

1.引言

混凝土廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工程建設(shè)當(dāng)中，混凝土裂縫問題是混凝土施工過程當(dāng)中常見的問題。混凝土裂縫的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致混凝土浸水而腐蝕內(nèi)部構(gòu)件，從而降低混凝土材料的耐久性、抗?jié)B透性以及承載力，同時(shí)還會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命以及外觀，嚴(yán)重的甚至?xí)?duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生危害。在混凝土施工過程中，施工人員通常會(huì)采取各種辦法防止混凝土裂縫的產(chǎn)生，但混凝土裂縫問題仍會(huì)出現(xiàn)。這主要是由于不重視對(duì)混凝土的溫度應(yīng)力的控制?；炷恋捏w積一般比較大，會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，但混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)散熱速度不一致以及混凝土?xí)艿礁鞣N約束，從而會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。這些裂縫的存在是很嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。因而，在混凝土施工過程中，對(duì)混凝土的施工溫度控制是控制混凝土裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵。

2.工程概況

趾板砼設(shè)計(jì)寬度有6m、8m、10m，厚度有60cm、80cm、100cm、130cm，共分42個(gè)澆筑塊，砼方量共計(jì)4898m3。趾板錨筋（Φ28）長分別有5.2m、4.9m、4.85m、4.7m，錨筋深入基巖4m。右岸在1600m高程以上設(shè)計(jì)有高趾墻，左岸在1646.500m高程以上設(shè)計(jì)有高趾墻。趾板混凝土標(biāo)號(hào)為C25W12F300，級(jí)配為二級(jí)配。砼澆筑嚴(yán)格執(zhí)行DL/T5144-2001，施工坍落度控制在3～7cm。

施工方案：趾板砼澆筑順序?yàn)橄群哟捕?，后岸坡段，岸坡段趾板砼隨壩體升高超前8～10m澆筑。趾板砼共分為42個(gè)澆筑塊，施工時(shí)由上而下依次跳倉澆筑，各道工序穿插進(jìn)行，流水作業(yè)。河床水平段趾板采用6m3砼罐車水平運(yùn)輸，直接或輔以反鏟入倉澆筑的施工方案；左右岸坡段趾板入倉方式采用6么砼罐車水平運(yùn)輸，25T汽車吊配吊罐入倉澆筑的施工方案。

3.混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土產(chǎn)生裂縫的原因有很多種，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)部合理，原材料不合格，模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等。在混凝土硬化期內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，使其內(nèi)部溫度升高，從而在其表面形成拉應(yīng)力。到了后期，其溫度會(huì)下降，此時(shí)，混凝土因受到約束而在內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。而當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗裂能力時(shí)，混凝土?xí)a(chǎn)生裂縫?；炷恋膬?nèi)部溫度一般變化很小或很慢，而混凝土表面溫度變化卻很大或者很劇烈。如果混凝土養(yǎng)護(hù)不周，或表面干濕變化明顯，也往往會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

4.溫度應(yīng)力的分析

溫度應(yīng)力的形成過程大致可以分為以下三個(gè)階段。

1）早期。從混凝土澆筑開始到水泥放熱基本結(jié)束這個(gè)時(shí)間段為早期，時(shí)間大概為30天。在這個(gè)階段有兩個(gè)基本特征，即水泥放出大量的水化熱以及混凝土彈性模量發(fā)生急劇變化。正是因?yàn)檫@兩點(diǎn)特征，使得混凝土在這個(gè)階段內(nèi)會(huì)形成殘余應(yīng)力。

2）中期。從水泥放熱結(jié)束到混凝土冷卻至穩(wěn)定溫度為止是中期。在這個(gè)階段內(nèi)，因混凝土的冷卻以及外界氣溫變化會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。

3）晚期?；炷镣耆鋮s后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期為晚期。溫度應(yīng)力主要是由外界氣溫的變化所引起。這個(gè)階段產(chǎn)生的溫度應(yīng)力將與前兩種應(yīng)力疊加作用。

根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可以分為以下兩類：1）自生應(yīng)力。有些結(jié)構(gòu)它們邊界上沒有約束或者完全靜止，如果其內(nèi)部溫度是非線性分布，將會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)本身的相互約束而產(chǎn)生溫度應(yīng)力；2）約束應(yīng)力。對(duì)于邊界全部或部分受到外界約束的結(jié)構(gòu)，因不能自由變形而引起的應(yīng)力。

5.溫度的控制和防止裂縫的措施

為了防止混凝土裂縫的產(chǎn)生，減輕溫度應(yīng)力，可以從兩個(gè)方面做起，即控制溫度以及改善約束條件。下面將分別介紹這兩種方法。

控制溫度的措施如下：1）在進(jìn)行混凝土拌合時(shí)，為了降低混凝土的澆筑溫度，可以加入水或者冰來使碎石冷卻；2）為了減少混凝土中的水泥用量，我們可以使用改良的骨料級(jí)配，干硬混凝土，并摻混合料，加塑化劑等；3）如果是在熱天澆筑混凝土，可以通過減少澆筑厚度的方法，利用澆筑層面達(dá)到散熱的目的；4）可以在混凝土中埋設(shè)水管，并通入冷水來降溫；5）對(duì)混凝土的拆模時(shí)間要有合理規(guī)定，當(dāng)氣溫陡然下降時(shí)要注意對(duì)混凝土表面進(jìn)行保溫工作，防止混凝土表面溫度發(fā)生急劇變化；6）對(duì)于在施工中長期暴露的混凝土澆筑表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)要進(jìn)行合理保溫措施。

改善約束條件的措施：1）分縫分塊要合理；2）防止基礎(chǔ)起伏過大；3）施工工序安排要合理，高差要避免過大，側(cè)面不應(yīng)長期暴露在外。

在混凝土施工過程中，對(duì)于新澆筑的混凝土，施工人員經(jīng)常是盡可能早的進(jìn)行拆模，以達(dá)到提高模板周轉(zhuǎn)率的目的。但是如果混凝土的溫度比當(dāng)?shù)貧鉁馗邥r(shí)，要適當(dāng)合理的安排拆模時(shí)間，避免混凝土表面出現(xiàn)早期裂縫。當(dāng)混凝土拆模后，要及時(shí)的在混凝土表面鋪設(shè)一層保溫材料，這可以有效的減小混凝土表面產(chǎn)生的拉應(yīng)力。

6.混凝土的早期養(yǎng)護(hù)

混凝土的裂縫一般為表面裂縫，且其深度不一，這主要是由混凝土表面的溫度梯度引起的。所以，要預(yù)防混凝土表面出現(xiàn)早期裂縫，應(yīng)做好混凝土的保溫工作。

從溫度應(yīng)力方面著手，保溫工作應(yīng)達(dá)到以下幾點(diǎn)要求：1）防止混凝土內(nèi)外溫度差以及混凝土的表面溫度梯度，防止表面裂縫；2）為避免混凝土超冷，要采取措施是混凝土在施工期間的最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度；3）避免老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

混凝土的早期養(yǎng)護(hù)工作，主要是為了給混凝土提供適宜的溫濕條件。良好適宜的溫濕條件可以使混凝土避免受到溫度、濕度變形的侵襲，從而防止有害的冷縮和干縮。同時(shí)也可以保證水泥的水化作用順利進(jìn)行，從而達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和抗裂能力。

7.結(jié)語

混凝土裂縫普遍存在于工程實(shí)踐中，對(duì)工程質(zhì)量有很大影響。本文結(jié)合察汗烏蘇水電站大壩工程趾板施工實(shí)踐初步探討了混凝土的施工溫度與裂縫的成因與控制。雖然混凝土裂縫不能完全徹底的消除，但我們通過了解其成因后采取合理有效的措施避免其產(chǎn)生或?qū)⑵淇刂圃谖覀兛山邮艿姆秶鷥?nèi)。以上的混凝土裂縫控制措施是根據(jù)以往的大量工程實(shí)踐總結(jié)出來的，在以后的混凝土施工過程中，我們應(yīng)根據(jù)具體的工程實(shí)踐采取相應(yīng)的預(yù)防控制措施避免混凝土的產(chǎn)生，從而保證混凝土構(gòu)件的安全穩(wěn)定。

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