混凝土温度裂缝产生的原因

摘要分析了混凝土温度裂缝产生的原因, 对现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施等方面进行了总结, 以为混凝土在水利工程建设中的应用提供参考。

关键词混凝土; 温度应力; 裂缝

混凝土在水利工程建设中占有重要地位。在大体积混凝土中, 温度应力及温度控制具有十分重要的意义, 这主要是体现在以下两方面。首先, 在施工中混凝土常常出现温度裂缝, 影响到结构的整体性和耐久性。其次, 在运转过程中, 温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响, 而经常遇到的主要是施工中的温度裂缝[1]。因此, 该文仅对施工中混凝土裂缝的成因及其处理措施做了探讨, 具体如下。

1裂缝的原因

混凝土中产生裂缝的原因有多种, 但主要是温度和湿度的变化, 混凝土的脆性和不均匀性, 以及结构不合理、原材料不合格(如碱骨料反应) 、模板变形、基础不均匀沉降等问题[2]。

混凝土硬化期间水泥放出大量水化热, 内部温度不断上升, 在表面引起拉应力。后期在降温过程中, 由于受到基础或老混凝土的约束, 又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时, 即会出现裂缝。由于原材料不均匀, 水灰比不稳定, 及运输和浇筑过程中的离析现象, 在同一块混凝土中其抗拉强度又不均匀, 存在着许多抗拉能力很低、易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中, 拉应力主要是由钢筋承担, 混凝土只是承受压应力。在素混凝

土内或钢筋混凝土的边缘部位如果结构内出现了拉应力, 则须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由最高温度冷却到运转时期的稳定温度, 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其他外荷载所引起的应力。因此, 掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

2温度应力的分析

2.1温度应力的形成过程

温度应力的形成过程可分为以下3个阶段:

(1)早期。自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束, 一般约30d 。这个阶段的特征一是水泥放出大量的水化热, 二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化, 这一时期在混凝土内形成残余应力。

(2)中期。自水泥放热作用基本结束时开始至混凝土冷却到稳定温度时为止, 这个时期中, 温度应力主要是由于混凝土的冷却以及外界气温的变化而引起, 这些应力与早期所形成的残余应力相叠加。此期间混凝土的弹性模量变化不大。

(3)晚期。混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起, 这些应力与前2种的残余应力相叠加。

2.2温度应力形成原因

温度应力形成的原因可分为两类:

(1)自生应力。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。例如, 桥梁墩身、

结构尺寸相对较大, 混凝土冷却时表面温度低, 内部温度高, 在表面出现拉应力, 在中间出现压应力。

(2)约束应力。结构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护栏混凝土。

以上2种温度应力往往与混凝土的干缩所引起的应力共同作用。 3温度的控制和防止裂缝的措施

为了防止裂缝, 减轻温度应力, 可以从控制温度和改善约束条件2个方面着手[3,4]:

3.1控制温度的措施

(1)采用改善骨料级配, 用干硬性混凝土, 掺混合料, 加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。

(2)拌合混凝土时对水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。

(3)热天浇筑混凝土时应减少浇筑厚度, 利用浇筑层面散热。

(4)在混凝土中埋设水管, 通入冷水降温。

(5)规定合理的拆模时间, 气温骤降时进行表面保温, 以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。

(6)施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构, 在寒冷季节采取保温措施。

3.2改善约束条件的措施

(1)合理地分缝分块。

(2)避免基础大起大伏。

(3)合理安排施工工序, 避免过大的高差和侧面长期暴露。

4混凝土的早期养护

实践证明, 混凝土常见的裂缝, 大多数是不同深度的表面裂缝, 其主要原因是温度梯度造成, 寒冷地区的温度骤降

也容易形成裂缝。因此, 混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。 从温度应力观点出发, 保温应达到下述要求:

(1)防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度, 防止表面裂缝。

(2)防止混凝土超冷, 应尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。

(3)防止老混凝土过冷, 以减少新老混凝土间的约束。

混凝土的早期养护, 其主要目的在于保持适宜的温湿条件, 从而达到2个方面的效果, 一方面是使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭, 防止有害的冷缩和干缩; 另一方面是使水泥水化作用顺利进行, 以期达到设计的强度和抗裂能力。

适宜的温、湿度条件是相互关联的。混凝土的保温措施常常也有保湿的效果。

从理论上分析, 新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失, 从而推迟或防碍水泥的水化, 表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此, 混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期, 在施工中应切实重视起来。

5结束语

以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨, 虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论, 但

对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一, 同时在实践中的应用效果也是比较好的, 具体施工中要靠施工人员多观察、多比较, 出现问题后多分析、多总结, 结合多种预防处理措施, 混凝土的裂缝是完全可以避免的。


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