溫度變化對混凝土裂縫的影響及其控制措施

摘 要：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,在運轉(zhuǎn)過程中,溫度變化對結(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,因此本文僅對施工中溫度變化對混凝土裂縫的影響做一探討并提出處理措施。

關(guān)鍵詞:大體積混凝土 溫度應(yīng)力 溫度控制

中圖分類號:TU5 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2008)03(a)-0034-01

　　在水利工程施工應(yīng)用中，混凝土占重要的位置，而在今天，混凝土的裂縫較為普遍，尤其在水利施工工程中裂縫幾乎無所不在。盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹慎，但裂縫仍然時有出現(xiàn)，對水利工程的使用造成較大影響。究其原因，我們對混凝土溫度變化注意不夠是主要的。

1 溫度變化產(chǎn)生混凝土裂縫的狀況分析

　　混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，首先是溫度和濕度的變化。其次是混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)）, 模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等?；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。后期在降溫度過程中,由于受到基礎(chǔ)或老混凝土上的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土內(nèi)部溫度變化很小或變化較慢,但表面溫度可能變化較大或發(fā)生劇裂變化。如養(yǎng)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束,也往往導(dǎo)致裂縫。混凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1/10 左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有(0.6～1.0)× 104，長期加荷時的極限位伸變形也只有(1.2～2.0)×104。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象,在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設(shè)計中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當大的拉應(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過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)律對于進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工極為重要。

2 溫度應(yīng)力的形成過程

　　(1)早期:自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束,一般約3 天。這個階段的兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。

　　(2)中期:自水泥放熱作用基本結(jié)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中，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, 在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

　　(3)晚期:混凝土完全冷卻以后的運轉(zhuǎn)時期。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。

3 施工中混凝土溫度的控制方法以及防止裂縫的措施

　　為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。控制溫度的措施如下:(1)采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑措施以減少漲凝土中的水泥用量;(2)拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。(3)熱天燒筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱;(4)在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫;(5)規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;(6)施工中長期暴露的混凝土澆筑快表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施。

　　改善約束條件的措施是:(1)合理地分縫分快；(2)避免基礎(chǔ)過大起伏;(3)合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露；在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力。

4 混凝土的早期養(yǎng)護

　　實踐證明，混凝土常見的裂縫，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。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。從溫度應(yīng)力觀點出發(fā)，保溫應(yīng)達到下述要求：(1)防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。(2)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。(3)防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。混凝土的早期養(yǎng)護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變化的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設(shè)計的強度和抗裂能力。

　　適宜的溫度條件是相互關(guān)聯(lián)的。混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。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)護的關(guān)鍵時期,在施工中應(yīng)切實重視起來。

　　總之,混凝土施工溫度對產(chǎn)生裂縫有較大的影響。以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進行了理論和實踐上的初步探討，因此對于具體的預(yù)防和改善措施應(yīng)提到重要位置上。以上預(yù)防措施在實踐中應(yīng)用效果還是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合其它多種預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的。