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技术专题
施工温度与裂缝对水工混凝土的影响
2011-09-17    来源:    作者:佚名
混凝土在现代工程建设中占有重要地位,而混凝土的裂缝较为普遍,特别是在水利水电工程建设中,混凝土裂缝几乎无处不在。尽管我们在施工中采取各种措施,小心谨慎,但裂缝仍然时有发生。究其原因,人们对混凝土温度应力的变化注意不够是原因之一。在大体积混凝土中,温度应力是产生裂缝的主要因素之一,这就反映了混凝土施工温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因,首先,在施工中混凝土胶结材料产生水化热,结构产生温度应力而出现温度裂缝,影响结构的整体性和耐久性;其次,在工程运行过程中,温度的变化对结构的应力状态具有显著的、不容忽视的影响。目前人们遇到的主要是施工中产生的温度裂缝,本文对混凝土施工中裂缝的成因和处理措施作如下初步探讨。

  1. 裂缝的成因
  混凝土产生裂缝有多种原因,主要因素是温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性、结构不合理、原材料不合格、模板变形和基础不均匀沉降等。

  混凝土在硬化期间水泥产生大量水化热,内部温度不断上升,在混凝土表面引起拉应力。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。

  许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化,如养护不当、时干时湿,表面干缩变形受到内部混凝土体的约束,也往往产生裂缝。

  由于原材料质地不均匀、水灰比不稳定以及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块体混凝土中其抗拉强度也是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。施工中混凝土由最高温度冷却到工程运行时期的稳定温度,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它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
  温度应力根据其形成过程可分为以下三个阶段:

  第1 阶段:自开始浇筑混凝土至水化热基本结束,一般约为30天。这个阶段具备两个特征:一是水泥挥发出大量的水化热,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。

  第2 阶段:自水化热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止。在这个时期,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。

  第3 阶段: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, 这些应力与前两种的残余应力相叠加。

  3. 温度的控制和防止裂缝的措施
  为了防止混凝土裂缝,减轻温度应力可以从控制混凝土温度、改善约束条件和加强混凝土早期养护三个方面考虑。

  3.1 控制混凝土温度的措施:
  改善混凝土骨料级配,采用干硬性混凝土、掺混合料、掺加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土时加浆或用冰将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;热天浇筑混凝土时减少浇筑层厚度,利用浇筑层面散热;在混凝土中埋设冷却水管对混凝土内部进行降温;规定合理的拆模时间,气温骤降时对混凝土表面进行保温,以免混凝土表面发生急剧的温度变化;施工中长期暴露在外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,以免混凝土表面和内部产生较大的温差。

  3.2 改善约束条件的措施:
  对混凝土体进行合理地分缝分块;避免基础过大起伏;合理的安排混凝土浇筑工序,避免

  过大的高差和侧面长期暴露;改善混凝土的性能,提高其抗裂能力,加强养护,防止表面干缩。

  3.3 加强混凝土的早期养护
  混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是混凝土表面与内部温差过大,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混凝土表面早期裂缝非常重要。

  从温度应力方面考虑,混凝土保温应达到下述要求:防止混凝土内外温差过大,防止其表面裂缝;防止混凝土超冷,应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土运行期的稳定温度;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,主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到两个方面的效果,一方面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。另一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计强度和设计抗裂能力。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。

  4. 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初步探讨,在施工过程中应根据实际情况尽量采取不同的控制措施,以免混凝土产生裂缝。

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