淺談混凝土的溫度裂縫控制

馬莉

摘 要：通過(guò)多年的現(xiàn)場(chǎng)觀察，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預(yù)防裂縫的措施進(jìn)行等進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：混凝土；裂縫；控制

引言

混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位。而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；混凝土預(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：混凝土完全冷卻以后的運(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。

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)的全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。

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?；炷恋男熳兪箿囟葢?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。

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)程中混凝土的內(nèi)外溫差。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。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，通過(guò)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。

降低混凝土入模溫度。包括：澆筑大體積混凝土?xí)r應(yīng)選擇較適宜的氣溫，盡量避開(kāi)炎熱天氣澆筑。加強(qiáng)施工中的溫度控制。改善約束條件，削減溫度應(yīng)力。在大體積混凝土基礎(chǔ)與墊層之間可設(shè)置滑動(dòng)層。

提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。包括：控制集料含泥量。砂、石含泥量過(guò)大.不僅增加混凝土的收縮，而且降低混凝土的抗拉強(qiáng)度，對(duì)混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制時(shí)必須嚴(yán)格控制砂、石的含泥量，將石子含泥量控制在1%以下，中砂含泥量控制在2%以下。減少因砂、石含泥量過(guò)大對(duì)混凝土抗裂的不利影響，改善混凝土施工工藝。可采用二次投料法、二次振搗法、澆筑后及時(shí)排除表面積水和最上層泥漿等方法。加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，提高混凝土早期及相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和彈性模置，在大體積混凝土基礎(chǔ)表面及內(nèi)部設(shè)置必要的溫度配筋，以改善應(yīng)力分布，防止裂縫的出現(xiàn)。

四、混凝土的早期養(yǎng)護(hù)

實(shí)踐證明，混凝土常見(jiàn)的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說(shuō)混凝土的保溫對(duì)防止表面早期裂縫尤其重要。

從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā)，保溫應(yīng)達(dá)到下述要求；減小混凝土內(nèi)外溫差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。防止混凝土超冷，應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度。防止老混凝土過(guò)冷，以減少新老混凝土間的約束。

混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達(dá)到兩個(gè)方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。

適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的?；炷系谋卮胧┏３Ｒ灿斜竦男Ч?/p>

從理論上分析，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化.表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期，在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來(lái)。

結(jié)束語(yǔ)

以上對(duì)混凝土的溫度裂縫進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的初步探討，雖然對(duì)于混凝土裂縫的成因和計(jì)算方法有不同的理論，但對(duì)于具體的預(yù)防和改善措施意見(jiàn)還是比較統(tǒng)一的，同時(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問(wèn)題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。（作者單位：臨沂市建筑工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)歸口管理辦公室）