混凝土施工中溫度裂縫的分析與控制

何翌滔

摘要： 筆者依據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)資料的記載，首先闡述混凝土溫度裂縫種類(lèi)，而后分析混凝土溫度裂縫問(wèn)題形成原因，最終提出溫度裂縫控制措施，希望可以在日后相關(guān)工作人員對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析的時(shí)候，起到一定借鑒性作用，最終在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程向前推進(jìn)的過(guò)程中，做出一定貢獻(xiàn)。

Abstract： Based on the actual work experience and related literature， this paper first describes the types of concrete temperature cracks， and then analyzes the causes of temperature cracks in concrete. Finally， it proposes temperature crack control measures， hoping that this paper can provide some reference for relevant staff in the future， and make a certain contribution in the process of China's socio-economic development.

關(guān)鍵詞： 混凝土；溫度裂縫；分析；控制；現(xiàn)階段

Key words： concrete；temperature cracks；analysis；control；current stage

中圖分類(lèi)號(hào)：TU755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）14-0167-02

1 問(wèn)題研究背景及意義

目前我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度逐漸趨于穩(wěn)定，與此同時(shí)我國(guó)處于知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代當(dāng)中。在結(jié)構(gòu)工藝不斷發(fā)生變化的背景下，各個(gè)工程項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，有可能遇到各種類(lèi)型的問(wèn)題，針對(duì)混凝土來(lái)說(shuō)，在施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，遇到的最為嚴(yán)重的問(wèn)題是裂縫。為了可以讓這個(gè)問(wèn)題得到解決，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)大體積混凝土的含義形成深入的認(rèn)識(shí)，而后再對(duì)大體積混凝土溫度裂縫問(wèn)題形成原因進(jìn)行分析。

日本建筑學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中針對(duì)大體積混凝土給出的定義是，結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm之上，水化熱作用引發(fā)的混凝土內(nèi)部最高溫度和外部環(huán)境溫度之間差值超過(guò)25℃的混凝土，被稱(chēng)為是大體積混凝土。

目前我國(guó)施行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中規(guī)定，大體積混凝土的體積比較大，有可能在膠凝材料水化熱作用之下形成溫度應(yīng)力問(wèn)題，并引發(fā)裂縫問(wèn)題的結(jié)構(gòu)混凝土。除此之外，也可以對(duì)大體積混凝土做出的定義是，混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小集合尺寸不小于1m的大體量混凝土，或者預(yù)測(cè)在混凝土膠凝材料水化作用之下引發(fā)溫度變化和收縮反應(yīng)并形成有害裂縫的混凝土。

因?yàn)榛炷恋慕孛娣e比較大，調(diào)配工作進(jìn)行的過(guò)程中應(yīng)用到的水泥數(shù)量非常多，水泥在水化環(huán)節(jié)當(dāng)中釋放出來(lái)的水化熱會(huì)引發(fā)比較大的溫度差值。因?yàn)榛炷帘旧淼膶?dǎo)熱性能比較差，因此水化環(huán)節(jié)當(dāng)中外部熱量散失速度非?？?，但是內(nèi)部熱量卻不容易散失，因此混凝土各個(gè)位置之間形成溫度差異和溫度應(yīng)力問(wèn)題，從而引發(fā)溫度裂縫。

2 混凝土裂縫問(wèn)題的種類(lèi)

依據(jù)裂縫問(wèn)題形成原因，可以將其劃分為荷載作用下形成的裂縫，變形作用下形成的裂縫以及耦合作用下形成的裂縫。

依據(jù)有害程度，可以將其劃分為有害裂縫和無(wú)害裂縫。有害裂縫是裂縫寬度會(huì)對(duì)建筑物各項(xiàng)使用功能以及耐久性造成一定影響。一般情況下裂縫寬度超出寬度20%的稱(chēng)為輕度有害裂縫，超出規(guī)定50%的是中度有害裂縫，超出規(guī)定100%的是重度有害裂縫。依據(jù)出現(xiàn)時(shí)間可以將其劃分為，早期裂縫，中期裂縫以及晚期裂縫問(wèn)題。

依據(jù)深度可以將混凝土裂縫分為，表面裂縫、淺層裂縫、深層裂縫以及貫穿裂縫四種類(lèi)型。貫穿裂縫會(huì)將結(jié)構(gòu)斷面完全切斷，讓結(jié)構(gòu)整體性、耐久性以及防水性遭受破壞，對(duì)混凝土作用的正常發(fā)揮造成一定影響，危害十分嚴(yán)重；深層裂縫會(huì)將結(jié)構(gòu)斷面部分切斷，具備一定的危害性；表面裂縫雖然不屬于結(jié)構(gòu)性裂縫包含的范圍內(nèi)，但是在混凝土收縮的過(guò)程中，因?yàn)楸砻媪芽p位置上斷面被削弱，因此讓?xiě)?yīng)力集中在一個(gè)位置上，因此會(huì)對(duì)混凝土的實(shí)際應(yīng)用效果造成一定影響。

一般情況下，溫度收縮應(yīng)力引發(fā)的初始性裂縫，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物承載能力造成任何影響，僅僅會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物的耐久性和防水性能造成一定影響。針對(duì)不會(huì)影響結(jié)構(gòu)承載力的裂縫，為了規(guī)避鋼筋腐蝕、混凝土碳化等問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)針對(duì)裂縫開(kāi)展封閉或者補(bǔ)強(qiáng)處理。針對(duì)地下或者半地下結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，混凝土裂縫會(huì)對(duì)其防水性能造成一定影響。在混凝土裂縫寬度是0.1-0.2mm的時(shí)候，雖然會(huì)出現(xiàn)十分輕微的滲水問(wèn)題，但是在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，裂縫可以自愈；假如裂縫寬度處于0.2-0.3mm之間，滲水量會(huì)按照裂縫寬度增加量的3次方提升，應(yīng)當(dāng)使用化學(xué)注漿措施處理。因此在地下工程領(lǐng)域當(dāng)中，超出0.3mm的貫穿全斷面裂縫數(shù)量應(yīng)當(dāng)?shù)玫接行У乜刂?，以免?duì)混凝土的實(shí)際應(yīng)用效果，造成負(fù)面影響。

3 混凝土溫度裂縫問(wèn)題形成原因

3.1 水泥水化熱問(wèn)題

水泥水化熱是混凝土內(nèi)部熱量的主要來(lái)源，也是引發(fā)混凝土溫度裂縫問(wèn)題的重要原因之一，因?yàn)榛炷两孛婧穸缺扔?jì)較大，水化熱集中在混凝土內(nèi)部不容易散失。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)會(huì)自然散熱，因此混凝土內(nèi)部最高溫度一般情況下會(huì)在混凝土澆筑之后的3d之內(nèi)產(chǎn)生。

澆筑初期，混凝土強(qiáng)度和彈性模量比較低，難以對(duì)水化熱引發(fā)的急劇升溫問(wèn)題進(jìn)行限制，因此溫度應(yīng)力自然也比較小。但是隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，彈性模量也會(huì)得到一定程度提升。會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)部形成比較強(qiáng)的限制，從而產(chǎn)生比較大的溫度應(yīng)力問(wèn)題，在混凝土的抗拉強(qiáng)度不是十分充足，不足以抵抗溫度應(yīng)力的時(shí)候，就會(huì)涌現(xiàn)出來(lái)溫度裂縫問(wèn)題。

3.2 外界氣溫變化問(wèn)題

混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，外部氣溫變化也會(huì)引發(fā)混凝土開(kāi)裂問(wèn)題。外部氣溫越高，混凝土澆筑溫度也會(huì)隨之提升，假如外界溫度下降，就會(huì)讓混凝土降溫幅度提升，尤其是在外部溫度急劇下降的時(shí)候，那么外層混凝土和內(nèi)部混凝土之間的溫差會(huì)逐漸提升，從而也就會(huì)對(duì)混凝土應(yīng)用效果造成一定影響。

混凝土內(nèi)部溫度是由外部溫度、澆筑溫度以及水化熱引發(fā)的絕熱溫升溫度疊加而成的，溫度應(yīng)力問(wèn)題是溫差引發(fā)的溫度變形問(wèn)題引發(fā)的，溫差越大，相應(yīng)的溫度應(yīng)力也越大，與此同時(shí)因?yàn)榛炷辽犭y度大，混凝土內(nèi)部溫度有時(shí)候甚至可以達(dá)到80℃，并且高溫度的延續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)。所以，應(yīng)當(dāng)使用科學(xué)合理的溫度控制措施，以免在混凝土內(nèi)外溫度差異問(wèn)題的影響下，引發(fā)過(guò)大的溫度應(yīng)力問(wèn)題。

4 混凝土溫度應(yīng)力研究分析

在混凝土施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，溫度變化因素引發(fā)的溫度應(yīng)力可以劃分為三個(gè)時(shí)期。從混凝土開(kāi)始澆筑一直到水泥散熱時(shí)期。這一個(gè)階段的時(shí)間一般情況下是一個(gè)月，因?yàn)樵谶@一個(gè)階段當(dāng)中，水泥水化現(xiàn)象會(huì)形成大量的熱量，混凝土彈性模量也會(huì)產(chǎn)生急劇變化，從而會(huì)在混凝土內(nèi)部形成一定溫度應(yīng)力問(wèn)題。混凝土放熱結(jié)束直到混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)期。這一個(gè)階段當(dāng)中形成的溫度應(yīng)力，是在混凝土冷卻過(guò)程當(dāng)中，外部溫度變化問(wèn)題引發(fā)的。在這一個(gè)階段當(dāng)中混凝土彈性模量基本上不會(huì)發(fā)生任何形式的變化?；炷镣耆淠恢钡饺蘸髮?shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，這一個(gè)階段當(dāng)中產(chǎn)生的溫度應(yīng)力是外部溫度變化因素引發(fā)的，在這一個(gè)階段當(dāng)中形成的溫度應(yīng)力，會(huì)和之前兩個(gè)階段當(dāng)中形成的溫度應(yīng)力疊加在一起。

5 混凝土施工環(huán)節(jié)中溫度裂縫預(yù)防及后期養(yǎng)護(hù)

依據(jù)上文中的敘述可以得知的是，混凝土施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，假如想要預(yù)防溫度裂縫問(wèn)題發(fā)生，可以將減少溫度應(yīng)力以及改善約束環(huán)境作為出發(fā)點(diǎn)，并在混凝土施工結(jié)束之后，將相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)工作完成。筆者依據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)資料的記載，可以使用下文中所說(shuō)的這些早期預(yù)防及后期養(yǎng)護(hù)措施。

在混凝土溫度應(yīng)力控制領(lǐng)域當(dāng)中，在混凝土調(diào)配工作進(jìn)行的過(guò)程中，干硬性混凝土、摻和料、引氣劑以及塑化劑的應(yīng)用數(shù)量應(yīng)當(dāng)?shù)玫揭欢ǔ潭忍嵘?，并減少混凝土當(dāng)中水泥使用量，讓混凝土骨料級(jí)配比得到優(yōu)化調(diào)整，以便于可以讓水化熱的影響得到有效地控制；混凝土攪拌過(guò)程中添加水的時(shí)候，用水對(duì)碎石進(jìn)行冷卻，以便于可以讓混凝土的溫度得到有效地控制；降低混凝土澆筑層厚度，充分的使用澆筑層面完成散熱工作；科學(xué)合理的完成混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中循環(huán)水管敷設(shè)工作，循環(huán)通入冷水并讓內(nèi)部溫度得到有效地控制；施工環(huán)節(jié)當(dāng)中外部溫度降低或者在冬季施工的時(shí)候，主要需要完成的混凝土保溫工作，以免產(chǎn)生表面溫差梯度以及內(nèi)外溫差過(guò)大等問(wèn)題。

改善混凝土外部約束環(huán)境，為了能夠規(guī)避混凝土起伏過(guò)大問(wèn)題，需要科學(xué)合理的完成混凝土劃塊分縫工作，并科學(xué)合理的完成工期及工序安排工作，以免發(fā)生混凝土高差過(guò)大以及側(cè)面長(zhǎng)期暴露等問(wèn)題。除此之外，也需要注意到的問(wèn)題是混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，以免在混凝土當(dāng)中發(fā)生貫穿裂縫問(wèn)題。在混凝土施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，為了可以讓資源成本得到有效地控制，并讓工作效率得到一定程度提升，新澆筑的混凝土一般會(huì)在短時(shí)間之內(nèi)完成拆模工作，以便于可以讓模板的周轉(zhuǎn)率得到大幅度提升。當(dāng)混凝土溫度超出外部氣溫的時(shí)候，工作人員應(yīng)當(dāng)詳細(xì)的對(duì)拆模時(shí)間進(jìn)行分析，以免在混凝土表面上形成裂縫問(wèn)題。在混凝土澆筑這一段時(shí)間當(dāng)中，水化熱散發(fā)之后，會(huì)讓混凝土表面拉應(yīng)力大幅度提升，假如在這個(gè)時(shí)候?qū)⒛０宀鸪?，表面溫度?huì)急劇降低，那么就會(huì)在混凝土表面上形成溫度梯度問(wèn)題，與此同時(shí)也會(huì)形成混凝土干縮問(wèn)題，從而衍生出來(lái)裂縫問(wèn)題。如果可以在模板拆除工作完成之后，及時(shí)將混凝土表面覆蓋工作完成，就可以避免在混凝土表面上形成過(guò)大的拉應(yīng)力，從而規(guī)避混凝土裂縫問(wèn)題的產(chǎn)生?；炷潦┕きh(huán)節(jié)當(dāng)中，為了可以讓結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及安全性得到保證，都會(huì)開(kāi)展配筋工作，在混凝土施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，加筋不會(huì)對(duì)溫度應(yīng)力造成任何形式的影響。在溫度適應(yīng)性比較強(qiáng)，并且產(chǎn)生的應(yīng)力尚且可以承受的情況下，鋼筋的各項(xiàng)性能都會(huì)顯得比較穩(wěn)定，線性膨脹系數(shù)和混凝土線性膨脹系數(shù)之間的差值不是很大，在溫度發(fā)生變化的時(shí)候，他們之間產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也比較小，但是鋼彈性模量和混凝土彈性模量之間的差值比較大，假如混凝土應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度，就會(huì)形成混凝土開(kāi)裂問(wèn)題，鋼筋應(yīng)力水平也會(huì)隨之降低。在此背景下，再想要使用鋼筋預(yù)防混凝土細(xì)微裂縫問(wèn)題的發(fā)生，是一件十分困難的事情，在混凝土當(dāng)中加鋼筋之后，結(jié)構(gòu)裂縫交匯之后呈現(xiàn)出數(shù)量多、間距小以及寬度小等問(wèn)題。在鋼筋直徑比較小，間距比較小的時(shí)候，可以讓混凝土的抗裂性能得到大幅度提升。在鋼筋混凝土或者混凝土結(jié)構(gòu)表面上容易產(chǎn)生細(xì)淺干縮裂縫問(wèn)題，為了避免對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及耐久性造成影響，可以科學(xué)合理的在各種類(lèi)型外加劑當(dāng)中進(jìn)行選擇，以便于可以讓混凝土的各項(xiàng)性能得到一定保證。

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