溫度變化對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)過程中,溫度變化對(duì)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(duì)施工中溫度變化對(duì)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(hào):TU5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):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?cè)谑┕ぶ胁扇「鞣N措施，小心謹(jǐn)慎，但裂縫仍然時(shí)有出現(xiàn)，對(duì)水利工程的使用造成較大影響。究其原因，我們對(duì)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(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)，即會(huì)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(hù)不周、時(shí)干時(shí)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(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10 左右，短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有(0.6～1.0)× 104，長期加荷時(shí)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(yùn)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(qiáng)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(dān)，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(dān)。一般設(shè)計(jì)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)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(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(gè)階段的兩個(gè)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(shí)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(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(gè)方面著手?？刂茰囟鹊拇胧┤缦?(1)采用改善骨料級(jí)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(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)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(shí)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(hù)

　　實(shí)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(duì)防止表面早期裂縫尤其重要。從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā)，保溫應(yīng)達(dá)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?；炷恋脑缙陴B(yǎng)護(hù)，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達(dá)到兩個(gè)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(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)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(hù)的關(guān)鍵時(shí)期,在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來。

　　總之,混凝土施工溫度對(duì)產(chǎn)生裂縫有較大的影響。以上對(duì)混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的初步探討，因此對(duì)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(shí)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。