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浅谈大体积混凝土温度裂缝的产生及预防措施
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内容提示：大体积混凝土在施工过程中,温度裂缝是常遇到的问题,这也是大体积混凝土施工中的难点;温度裂缝的产生会影响到结构的性能,严重时还会影响到结构的安全使用。文章基于温度应力对混凝土温度裂缝产生的原因、混凝土温度裂缝的控制和预防等进行分析。
论文关键词:大体积混凝土;温度应力;温度裂缝;裂缝控制
论文摘要:大体积混凝土在施工过程中,温度裂缝是常遇到的问题,这也是大体积混凝土施工中的难点;温度裂缝的产生会影响到结构的性能,严重时还会影响到结构的安全使用。文章基于温度应力对混凝土温度裂缝产生的原因、混凝土温度裂缝的控制和预防等进行分析。
大体积混凝土在现代工程建设中占有重要的地位,特别是工业建筑工程中应用十分广泛,如火力发电厂的汽机基础,就是一个大型的大体积混凝土特例。大体积混凝土施工的工艺要求很高,在施工过程中,如何控制大体积混凝土的温度裂缝就是施工工艺的关键点,也是大体积混凝土施工的难点。尽管在施工中采取各种措施,小心谨慎,但裂缝仍时有出现。混凝土中裂缝的出现严重影响到混凝土结构的整体性和耐久性。从而影响到混凝土结构的使用功能及安全性能。因此在大体积混凝土施工过程中,温度应力及温度的控制十分重要。
一、温度裂缝产生的原因分析
混凝土裂缝产生的原因有很多种,一是由外荷载引起的,这是发生最为普遍的一种情况,二是结构次应力引起的裂缝,这是由于结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的;三是变形应力引起的裂缝,这是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起结构变形,当变形受到约束时便产生应力,当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。
建筑工程中的大体积混凝土结构中,由于结构截面大,水泥用量多,水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用,由此形成的温度收缩应力是导致大体积混凝土产生裂缝的主要原因。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同,温度外低内高,形成了温度梯度,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,表面拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的;通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度,混凝土逐渐降温,这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形,受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力,超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。这两种裂缝不同程度上,都属有害裂缝。因此,掌握温度应力的变化规律及温度控制对于进行大体积混凝土施工极为重要。
二、温度应力的分析
(一)温度应力的形成过程
温度应力的形成可分为以下三个阶段:
早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。这个阶段有两个特征,一是水泥放出大量水化热,二是混凝土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。
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,这个时期中,温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起,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不大。
晚期:混凝土完全冷却以后的服役时期。温度应力主要是外界气温变化所引起,这些应力与前两种的残余应力相叠加。
(二)温度应力引起的原因
对于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。因为大体积混凝土结构尺寸相对较大,混凝土冷却时表面温度低,内部温度高,在表面出现拉应力,在中间过程出现压应力,这种应力成为自身应力。
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,此时的应力称为约束应力。
这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。温度应力的分布及大小是比较复杂的,在大多数情况下,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,所以分析计算温度应力时,还必须考虑徐变的影响。
三、温度裂缝控制措施
为了有效地控制有害裂缝的出现和发展,必须从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减小混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件等方面全面考虑,结合实际采取相应措施。
(一)降低水泥水化热和变形
1.选用低水化热的水泥品种配制混凝土,如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。
2.充分利用混凝土的后期强度,减少每立方米混凝土中水泥用量。
3.使用粗骨料,尽量选用粒径较大、级配良好的粗细骨料;控制砂石含泥量。
4.在混凝土内部预埋冷却水管,能入循环冷却水,强制降低混凝土水化热温度。
5.允许设置后浇缝时,合理地设置后浇缝。大体积混凝土平面尺寸过大时,可以适当设置后浇缝,以减小外应力和温度应力;同时也有利于散热,降低混凝土的内部温度。
(二)降低混凝土温度差
选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土,尽量避开炎热天气浇筑混凝土。夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土,可对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷,或对骨料进行覆盖或设置遮阳装置避免日光直晒,以降低混凝土拌合物的入模温度。 (三)加强施工中的温度控制
1.在混凝土浇筑之后,做好混凝土的保温保湿养护,缓缓降温,充分发挥徐变特性,减低温度应力,夏季应注意避免曝晒,注意保湿,冬期应采取措施保温覆盖,以免发生急剧的温度梯度发生。
2.采取长时间“应力松弛效应”。
3.加强测温和温度监测与管理,采取信息化控制,随时控制混凝土内的温度变化,内外温差控制在25度以内,基面温差和基底面温差均控制在20度以内,及时调整保温及养护措施,使混凝土的温度梯度和湿度不至过大,以有效控制有害裂缝的出现。
(四)提高混凝土的极限拉伸强度
1.选择良好级配的粗骨料,严格控制其含泥量,加强混凝土的振捣,提高混凝土密实度和抗拉强度,减小收缩变形,保证施工质量。
2.采取二次投料法,二次振捣法,浇筑后及时排除表面积水,加强早期养护,提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
(五)外加剂的使用
使用外加剂也是控制温度裂缝的重要措施之一,许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能,外加剂的正确合理使用,比单纯地靠改善外部条件,可能会更加简捷、经济。
1.水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%。
2.水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素,掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量,其体积用增加骨料用量来补充。
3.减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少沉缩变形。提高水泥浆与骨料的黏结力,提高的混凝土抗裂性能。
4.混凝土在收缩时受到约束产生拉应力,当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效地提高混凝土抗拉强度,大幅提高混凝土的抗裂性能。
5.掺加外加剂可使混凝土密实性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,减少碳化收缩。
6.掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当,在有效防止水泥迅速水化放热基础上,避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。
7.掺外加剂混凝土和易性好,表面易抹平,形成微膜,减少水分蒸发,减少干燥收缩。
四、结语
以上对大体积混凝土的施工温度裂缝的产生及控制进行了理论和实践上的初步探讨,总之,大体积混凝土温度裂缝问题是可以通过规范施工得到控制的,在施工过程中,必须严把质量关,各个环节严格按照相关的要求进行操作,同时在施工实践中要善于总结经验,不断更新施工工艺,不断提高施工技术水平,结合多种预防处理措施,大体积混凝土的温度裂缝是完全可以避免的。
参考文献
[1]建筑施工手册(第三版)编写组.建筑施工手册4[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[2]现行建筑施工规范大全(修订缩印本)[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[3]鼓圣浩.建筑工程质量通病防治手册(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2002 来源: 《建筑中文网》.
论文摘要:大体积混凝土在施工过程中,温度裂缝是常遇到的问题,这也是大体积混凝土施工中的难点;温度裂缝的产生会影响到结构的性能,严重时还会影响到结构的安全使用。文章基于温度应力对混凝土温度裂缝产生的原因、混凝土温度裂缝的控制和预防等进行分析。
大体积混凝土在现代工程建设中占有重要的地位,特别是工业建筑工程中应用十分广泛,如火力发电厂的汽机基础,就是一个大型的大体积混凝土特例。大体积混凝土施工的工艺要求很高,在施工过程中,如何控制大体积混凝土的温度裂缝就是施工工艺的关键点,也是大体积混凝土施工的难点。尽管在施工中采取各种措施,小心谨慎,但裂缝仍时有出现。混凝土中裂缝的出现严重影响到混凝土结构的整体性和耐久性。从而影响到混凝土结构的使用功能及安全性能。因此在大体积混凝土施工过程中,温度应力及温度的控制十分重要。
一、温度裂缝产生的原因分析
混凝土裂缝产生的原因有很多种,一是由外荷载引起的,这是发生最为普遍的一种情况,二是结构次应力引起的裂缝,这是由于结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的;三是变形应力引起的裂缝,这是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起结构变形,当变形受到约束时便产生应力,当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。
建筑工程中的大体积混凝土结构中,由于结构截面大,水泥用量多,水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用,由此形成的温度收缩应力是导致大体积混凝土产生裂缝的主要原因。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同,温度外低内高,形成了温度梯度,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,表面拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的;通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度,混凝土逐渐降温,这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形,受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力,超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。这两种裂缝不同程度上,都属有害裂缝。因此,掌握温度应力的变化规律及温度控制对于进行大体积混凝土施工极为重要。
二、温度应力的分析
(一)温度应力的形成过程
温度应力的形成可分为以下三个阶段:
早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。这个阶段有两个特征,一是水泥放出大量水化热,二是混凝土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。
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,这个时期中,温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起,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不大。
晚期:混凝土完全冷却以后的服役时期。温度应力主要是外界气温变化所引起,这些应力与前两种的残余应力相叠加。
(二)温度应力引起的原因
对于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。因为大体积混凝土结构尺寸相对较大,混凝土冷却时表面温度低,内部温度高,在表面出现拉应力,在中间过程出现压应力,这种应力成为自身应力。
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,此时的应力称为约束应力。
这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。温度应力的分布及大小是比较复杂的,在大多数情况下,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,所以分析计算温度应力时,还必须考虑徐变的影响。
三、温度裂缝控制措施
为了有效地控制有害裂缝的出现和发展,必须从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减小混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件等方面全面考虑,结合实际采取相应措施。
(一)降低水泥水化热和变形
1.选用低水化热的水泥品种配制混凝土,如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。
2.充分利用混凝土的后期强度,减少每立方米混凝土中水泥用量。
3.使用粗骨料,尽量选用粒径较大、级配良好的粗细骨料;控制砂石含泥量。
4.在混凝土内部预埋冷却水管,能入循环冷却水,强制降低混凝土水化热温度。
5.允许设置后浇缝时,合理地设置后浇缝。大体积混凝土平面尺寸过大时,可以适当设置后浇缝,以减小外应力和温度应力;同时也有利于散热,降低混凝土的内部温度。
(二)降低混凝土温度差
选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土,尽量避开炎热天气浇筑混凝土。夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土,可对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷,或对骨料进行覆盖或设置遮阳装置避免日光直晒,以降低混凝土拌合物的入模温度。 (三)加强施工中的温度控制
1.在混凝土浇筑之后,做好混凝土的保温保湿养护,缓缓降温,充分发挥徐变特性,减低温度应力,夏季应注意避免曝晒,注意保湿,冬期应采取措施保温覆盖,以免发生急剧的温度梯度发生。
2.采取长时间“应力松弛效应”。
3.加强测温和温度监测与管理,采取信息化控制,随时控制混凝土内的温度变化,内外温差控制在25度以内,基面温差和基底面温差均控制在20度以内,及时调整保温及养护措施,使混凝土的温度梯度和湿度不至过大,以有效控制有害裂缝的出现。
(四)提高混凝土的极限拉伸强度
1.选择良好级配的粗骨料,严格控制其含泥量,加强混凝土的振捣,提高混凝土密实度和抗拉强度,减小收缩变形,保证施工质量。
2.采取二次投料法,二次振捣法,浇筑后及时排除表面积水,加强早期养护,提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
(五)外加剂的使用
使用外加剂也是控制温度裂缝的重要措施之一,许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能,外加剂的正确合理使用,比单纯地靠改善外部条件,可能会更加简捷、经济。
1.水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%。
2.水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素,掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量,其体积用增加骨料用量来补充。
3.减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少沉缩变形。提高水泥浆与骨料的黏结力,提高的混凝土抗裂性能。
4.混凝土在收缩时受到约束产生拉应力,当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效地提高混凝土抗拉强度,大幅提高混凝土的抗裂性能。
5.掺加外加剂可使混凝土密实性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,减少碳化收缩。
6.掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当,在有效防止水泥迅速水化放热基础上,避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。
7.掺外加剂混凝土和易性好,表面易抹平,形成微膜,减少水分蒸发,减少干燥收缩。
四、结语
以上对大体积混凝土的施工温度裂缝的产生及控制进行了理论和实践上的初步探讨,总之,大体积混凝土温度裂缝问题是可以通过规范施工得到控制的,在施工过程中,必须严把质量关,各个环节严格按照相关的要求进行操作,同时在施工实践中要善于总结经验,不断更新施工工艺,不断提高施工技术水平,结合多种预防处理措施,大体积混凝土的温度裂缝是完全可以避免的。
参考文献
[1]建筑施工手册(第三版)编写组.建筑施工手册4[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[2]现行建筑施工规范大全(修订缩印本)[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[3]鼓圣浩.建筑工程质量通病防治手册(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2002 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200908/13418.htm
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