混凝土温度裂缝的原因防治措施

【摘 要】大体积混凝土施工中,温度裂缝是施工控制的重点,温度裂缝影响到结构的整体性和耐久性.就大体积混凝土施工中温度裂缝的原因及预防措施分析介绍.

【关 键 词 】混凝土；温度裂缝；原因；防治措施

混凝土在现代工程建设中占有相当重要的位置,而当今许多工程包括水工、桥梁、建构筑物在内,混凝土的裂缝还是十分普遍的,尽管设计施工采取了各种措施,但裂缝还是频繁的出现.在大体积混凝土施工中,温度裂缝是施工控制的重点,温度裂缝影响到结构的整体性和耐久性.就大体积混凝土施工中温度裂缝的原因及预防措施分析介绍.

1.裂缝产生原因

众所周知,混凝土产生裂缝的原因有多种,主要是温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性、结构的不合理、原材料不合格(碱骨料反应)、模板变形以及基础不均匀沉降等.

1.1 混凝土在水泥水化过程中释放出大量的水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力；后期在降温过程中,由于受到基极及模板或原混凝土的约束,又会在混凝土内部产生拉应力,当这些拉应力超过此时混凝土的抗裂强度时,即会在最薄弱处出现裂缝.

1.2 许多结构混凝土内部湿度变化很小或变化缓慢,但在表面湿度变化较大或产生剧烈变化,如干燥炎热,养护不当时干时湿,风力大干燥收缩变形受到内部混凝土的约束,也导致裂缝.

1.3 混凝土是属于脆性材料,抗压强度高而抗拉强度低,抗拉强度只是抗压强度的1／10左右.由于原材料不均匀,水灰比不稳定,以及运输和浇筑过程中的离析,在同一块混凝土中其抗拉强度是不均匀的,存在许多抗拉强度低容易出现裂缝的薄弱部位.

1.4 在钢筋混凝土中,拉应力主要是由钢筋来承担,混凝土只是承受压应力,在无筋混凝土内或钢筋混凝土边缘部位,如果出现了拉应力,则需依靠混凝土自身承担.一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力,但是在施工中混凝土的最高温度冷却到运输时间的稳定温度,往往在混凝土内部引起相当大的拉应力,有时温度应力可超过外荷载所引起的应力,因此控制温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计施工极其重要.

2.温度应力及预防

2.1 应力的形成过程

温度应力的形成早期,自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般按28d,这个阶段有两个特征,一是水泥释放出大量水化热,二是混凝土的弹性模量发生急剧变化.由于弹性模量的快速变化,这一时期在混凝土内部形成残余应力；中期,自水泥放热作用基本结束时起,至混凝土冷却到稳定温度时止,这个阶段中,温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气候变化所引起,这些应力与早期形成的残余应力相叠加,在此期间混凝土的弹性模量变化并不明显；在晚期,混凝土完全冷却以后的使用时期,温度应力主要是由外界气候变化所引起,这些应力与早,中期的两种残余应力相叠加.

2.2 应力引起的原因

边界上没有任何约束或完全静止的结构,如果内部温度是非线性分布的,由于结构本身互相约束而出现的温度应力.例结构基础或桥墩尺寸相对大,混凝土冷却时表面温度降低快,内部温度降低慢却高,在表面则出现拉应力,中间则出现压应力.结构体的全部或部分边界受到外界的约束,不能自由变形而引起的应力.如箱梁顶板混凝土和栏杆混凝土,这两种温度应力往往和混凝土的干燥收缩引起的应力共同作用,要想根据已知的温度能准确的分析出温度应力的分布,大小是一顶极其复杂的工作.在许多情况下,需要依靠模型试验或数值计算,混凝土的徐变使温度应力有相当大的松弛.

3.防治温度裂缝措施

3.1 控制温度做法：①采取改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺合料,加引气剂或塑化剂等,以减少混凝土中水泥的用量.②拌合混凝土时加水或用水将粗细骨料冷却,以降低混凝土的入模温度也可用带冰块的水拌合混凝土.③热天浇筑混凝土时减少分层铺料厚度,利用浇筑层面散热.④在混凝土中埋设水管,用凉水循环降温.⑤规定合理的拆模时间,必须按照规范规定的不同构件采用不同的拆除时间.在气温骤降时表面要进行保温,以免混凝土表面发生急剧的温差梯度.⑥施工中对混凝土浇筑表面或薄壁结构,在低温时要加强保温措施.

3.2 改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护防止表面失水过快,特别是掺入微膨胀剂的混凝土保湿对防止裂缝极为重要.施工过程中要特别避免产生贯穿性裂缝,一旦发生要恢复其结构的整体性十分困难,因此,施工应以防裂缝,尤其是贯穿性裂缝的出现为控制重点.

3.3 改善约束条件,认真合理的分格缝、分层及分块,避免基础过大或过大起伏；合理安排施工工序：避免过大的高差和侧面长期暴露在外.同时在施工中为了提高模板的周转次数,往往要求提前拆模.但当混凝土温度高于环境温度时则应延长拆模时间,以免引起混凝土表面的早期裂缝产生.

3.4 在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面形成相当大的拉应力,此时表面温度亦较环境气温略高,此时拆除模板会引起温度骤降,必然引起温差梯度.从而在表面附加一个拉应力,与水化反应叠加,加上混凝土的干缩表面的拉应力达到一定值时,就会有产生裂缝的可能.但如果在拆模后及时覆盖一层保湿保温材料,对于预防混凝土表面的过大的拉应力,效果则是不言而喻的.

3.5加筋对大体积混凝土的温度应力；影响有限.因大体积混凝土的含筋率一般偏低,加筋只对一般钢筋混凝土有影响.在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下,钢筋的各项性能是稳定的,与应力状态、时间及温度无关,钢筋的线膨胀系数与混凝土的线胀系数相差很小,在温度变化时两者之间只产生极小的内应力.

3.6正确使用外加剂是减少干裂的有效措施.在实践中对使用外加剂一般可总结出一些主要优点：混凝土中存在大量毛细孔通道,水向外蒸发后毛细管中产生毛细张力,使混凝土干燥变形,增大毛细孔径可降低毛细管表面张力,但会造成混凝土强度的降低；水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂外加剂可使用水量减少20％左右；水泥用量更是混凝土收缩的关键所在,掺入高效减水防裂剂的混凝土,在保持混凝土强度的条件下可降低单位水泥用量15％左右,其体积用增大骨料来补充,在工程应用中是一般认为掺外加剂能有效改善混凝土性能预防混凝土开裂的具体措施.

结语

工程界对混凝土裂缝的原因和计算方法虽不相同,但对防治和改善措施比较一致.在具体应用中采取多种防治措施混凝土裂缝是可以预防避免的.