土木工程中大體積混凝土溫度裂縫控制

毛婷　鄒翔

摘要：本文介紹了土木工程中大體積混凝土溫度裂縫形成的原因及針對其原因提出了三種控制大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的措施：改善混凝土中的水泥的使用材料，改善溫度控制條件和改變約束條件。這三種措施可有效的為土木工程中的大體積混凝土的溫度裂縫問題并為以后相關(guān)方面的研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：溫度裂縫；大體積混凝土裂縫控制

中圖分類號：TU755 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2017）06—0052—02

引言

近年來，隨著我國土木工程的不斷發(fā)展，大體積混凝土的應(yīng)用不斷增長。如何對大體積混凝土的施工中的溫度裂縫控制已成為一個技術(shù)難題。大體積混凝土的溫度的裂縫主要原因是水泥中水化熱造成的，為了使大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量提高，則要控制大體積混凝土的施工和在大體積混凝土養(yǎng)護過程中由于水泥水化放熱所產(chǎn)生的溫度變化和溫度應(yīng)力。由于大體積混凝土結(jié)構(gòu)體系自身的復(fù)雜性和所處環(huán)境的多樣性，大體積混凝土的開裂問題必須考慮其養(yǎng)護過程中溫度應(yīng)力的影響。本文針對大體積混凝土的產(chǎn)生裂縫的獨特性，提出控制產(chǎn)生裂縫的措施。

1混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土產(chǎn)生裂縫的兩個必要條件是：一是要有溫差，二是要有約束。

1.1溫差產(chǎn)生的原因

混凝土中的水泥會與水發(fā)化學(xué)反應(yīng)，混凝土在凝結(jié)的過程中水泥不斷產(chǎn)生水化熱，且混凝土外部散發(fā)熱量的速率大于其內(nèi)部，從而導(dǎo)致混凝土的內(nèi)外溫差較大。溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。

1.2約束產(chǎn)生的原因

混凝土的約束有兩個：一是外部約束，二是內(nèi)部約束。

1.2.1外部約束產(chǎn)生的原因

一個物體的變形受到其它物體的阻礙，一個結(jié)構(gòu)的變形受到另一個結(jié)構(gòu)的阻礙，這種結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間，物體與物體之間，物體與構(gòu)件之間，基礎(chǔ)與地基之間的相互牽制作用稱作“外約束”。

1.2.2內(nèi)部約束產(chǎn)生的原因

一個物體或構(gòu)件本身各質(zhì)點之間的相互作用叫做“內(nèi)約束”?；炷猎谀Y(jié)過程不斷產(chǎn)生水化熱，在混凝土的外表面熱量通過與外界的接觸散發(fā)，而混凝土中心的熱量則向外部傳遞，且相對于外部的熱量的散發(fā)速率小很多?；炷林行牡臏囟茸罡?，且向四周呈非線性減小。因此，由于“熱脹冷縮”效應(yīng)，內(nèi)部膨脹的比外部多，從而導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，外部產(chǎn)生拉應(yīng)力，逐漸產(chǎn)生裂縫。

當溫度分布在x軸上（y_e=0），內(nèi)部約束引起的溫度應(yīng)力最大值的計算公式為：

2大體積混凝土溫度裂縫研究的方法

2.1大體積混凝土的概念

JGJ55—2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》對大體積混凝土是這樣定義的：混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小尺寸大于或等于1m時，或預(yù)計會因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土稱為大體積混凝土。對于大體積混凝土，都要進行其溫度，水分等的控制。

2.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外對土木工程中大體積混凝土的研究日益增加，美國主要使用的是有限元時間分析法，法國主要使用的是ABAQUS及ANSYS等有限法分析軟件，日本主要使用的是約束系數(shù)矩陣法。美國的威爾遜博士是最早使用有限元時間過程分析法來分析混凝土溫度場的，日本的專家學(xué)者考慮到了混凝土的收縮徐變過程，我國的朱伯芳院士，劉光廷等編制了用于分析溫度應(yīng)力的相關(guān)軟件。

2.3溫度裂縫的研究方法

溫度應(yīng)力產(chǎn)生溫度裂縫的過程有兩個：一是由于混凝土中的水泥與水反應(yīng)生成熱量的速率過快，在外表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，在升溫過程中產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫屬于第一種裂縫。二是由于混凝土在冷卻的過程中內(nèi)外散熱的速率相差過大，從而導(dǎo)致產(chǎn)生溫差過大，導(dǎo)致產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫屬于第二種裂縫。對于裂縫成產(chǎn)生過程中的溫度應(yīng)力場，可進行有限元分析法進行數(shù)值模擬，并針對實際過程中由于混凝土的收縮徐變的影響提出綜合的控制措施。

3大體積混凝土的防裂控制措施

從上述的分析可知，對于土木工程中大體積混凝土的防裂可從改善混凝土的水泥使用材料，改善溫度條件和改變約束三個方面去控制。

3.1材料的選用

由于礦渣水泥在大體積混凝土中的水化熱產(chǎn)生的相對較少，所以在使用混凝土的水泥時，在滿足強度條件的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用礦渣水泥。

3.2改善溫度條件

可通過使用在澆筑好的大體積混凝土上澆水及在進行水管冷卻的方法。但在溫度冷卻的過程中不宜冷卻過快及溫度過低，這樣會致使混凝土產(chǎn)生收縮過大，產(chǎn)生裂縫（可將溫度控制在25左右）。同時，也可使用預(yù)冷骨料和在混凝土的拌合時加入冰塊。

3.3改變約束條件

3.3.1改變內(nèi)部約束條件

混凝土的強度等級越高，總膠凝材料的用量越多，水化熱越劇烈，越容易產(chǎn)生溫度裂縫。因此，應(yīng)進行合理的混凝土的配合比設(shè)計，同時，可摻加減水劑，粉煤灰，沸石粉等。

3.3.2改變外部約束條件

外部約束過大影響混凝土的拉伸與收縮過程，會導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫?？赏ㄟ^在混凝土建筑底部設(shè)置“有彈性的滑動式”墊層。通過墊層的設(shè)置，可有效的改善混凝土的外部約束條件，使混凝土的收縮與拉伸過程更加順暢，有效的控制了混凝土的開裂過程。

4結(jié)論

本文對土木工程中大體積混凝土的裂縫控制提出以下的措施：（1）改善混凝土的水泥使用材料，盡量使用產(chǎn)生水化熱較少的礦渣水泥；（2）改善溫度條件，使溫度控制在25左右，不宜過高也不宜過低；（3）改變外部及內(nèi)部的約束條件，進行合理的混凝土的配合比設(shè)計及設(shè)置“有彈性的滑動式”墊層。