浅谈混凝土温度裂缝的成因与控制

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  摘 要:混凝土的裂缝是建筑工程中较普遍的问题,尽管我们在施工中采取各种措施,小心谨慎,但裂缝仍然时有出现。究其原因,我们对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。
  关键词:混凝土;温度裂缝;形成原因;控制措施;
  一、产生裂缝的原因
  混凝土产生裂缝有多种原因,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。混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的1/10左右,如果由于原材料不均匀,水灰比不稳定,或运输和浇筑过程中发生离析现象,使得同一块混凝土中抗拉强度不均匀,就会出现好多抗拉强度低,易于出现裂缝的薄弱部位。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。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,当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时就会出现裂缝。如果养护部周、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。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。在素混凝土内要求不出现拉应力或者只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,避免裂缝的产生极为重要。
  二、温度应力的分析
  1.根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段:
  (1)早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。这个阶段的两个特征,一是水泥放出大量的热,二是混凝土弹性磨具的急剧变化。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起至混凝土冷却到温度温度时止,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,在此期间混凝土上的弹性模量变化不大。
  (3)晚期:混凝土完全冷却之后的运转时期。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。
  2.温度应力可分为两类:
  (1)自生应力:边界上没有任何约束或完全静止的结构,如果内部温度时非线性分布的,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。
  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。
  三、温度的控制和防止裂缝的措施
  1.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两个方面着手。
  控制温度的措施如下:
  (1)采取改善骨料级配、采用干硬性混凝土、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)拌合混凝土时加冰或用冰将碎石冷却以降低混凝土的建筑温度;
  (3)浇筑混凝土时减少浇筑厚度,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变化;
  2.在混凝土的施工中,为了提高模板的周转率,往往要求新建筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应考虑适当推迟拆模时间,以免引起混凝土表面的早期裂缝。因此在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温为高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力叠加,再加上混凝土干缩,表面的拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险,但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料,如泡沫海绵等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著的效果。
  3.加筋对一般钢筋混凝土温度应力有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下,钢的各项性能是稳定的,而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小,在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7~15倍,当混凝土内应力达到抗拉强度而开裂时,钢筋的应力应不超过100~200kg/cm2。因此,在混凝土中想要利用钢筋来防止裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变的数目多、间距小、宽度与深度较小了。如果钢筋的直径细而间距密时,对提高混凝土抗裂性的效果较好。
  4.为保证混凝土工程质量,防止开裂,提高混凝土的耐久性,正确使用外加剂也是较好的措施之一。许多外加剂都有缓凝、增加和益性、改善塑性的功能,我们在工程实践中应多进行这方面的实验对比和研究,比单纯的靠改善外部条件可能会更加简洁、经济。
  四、结语
  虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同结果理论。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,具体施工中要靠我们多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,好男人的裂缝是完全可以避免的。
  参考文献
  [1]俞静.高层建筑基础大体积混凝土温度与温度裂缝研究[J].武汉理工大学学报,2003.
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