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【摘 要】:如何采取有效措施,防止温度应力造成砼出现有害裂缝,一直是大体积砼结构施工中的一个重大问题。文章对砼温度裂缝产生的原因进行分析,并提出了控制温度差的措施。
大体积砼;温度裂缝;原因;控制措施
大体积砼具有结构厚、体积大、钢筋密、砼数量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点。除了必须满足强度、刚度、整体性和耐久性要求以外,还存在如何防止有害裂缝产生的问题。大体积砼硬化期间,由于水泥水化过程释放的水化热,所产生的温度变化和砼的收缩共同作用,由此而产生的温度应力和收缩应力,往往导致砼结构出现裂缝。这些裂缝会给工程带来不同程度的危害。因此如何采取有效措施,防止温度应力造成砼出现有害裂缝,一直是大体积砼结构施工中的一个重大问题。
1 砼温度裂缝产生的原因
引起砼产生裂缝的原因很多,但在大体积砼中,温度应力是引起裂缝产生的最常见原因之一。砼在凝结硬化过程中,水泥水化反应产生的水化热会使砼温度升高。对于一般柱、梁、楼板等构件,由于其散热条件较好,所以水化热所造成砼温度升高不大,不致引起严重不良后果。但对于大体积砼,由于散热条件差,砼浇筑后初期,大量的水化热积聚在砼块体内部,从而会引起明显的温升。此时,虽因砼温度与周围介质存在着温度差,热量会逐渐向外界散发,使砼块体逐渐降温冷却,最后稳定,但此过程非常缓慢。所以,大体积砼的温度变化,通常要经历温升期、冷却期和稳定期3个时期。
砼温度的变化,必然会使砼产生温度变形。若此变形受到约束,必将产生温度应力。如果温度应力为拉应力,且超过砼的抗拉强度时,砼便要产生温度裂缝。
大体积砼产生温度变形时受到两方面的约束:
(1)基岩或已硬化的砼垫层的约束。这属于外约束。当砼块体浇筑后,温度将逐渐升高到最高值,随后便逐渐下降,块体本应随之收缩,但由于块体底部已与基岩或已硬化的砼垫层粘结在一起,块体的收缩受到基岩或砼垫层的约束,从而在块体内产生拉应力。若拉应力超过砼的抗拉强度,砼就会产生裂缝。由于最大的约束应力在约束边,离开约束边向上,应力将逐渐衰减。故裂缝首先是在块体底部产生。随着收缩的增加和温度应力的增大,裂缝将向上延伸,有时会贯穿整个砼截面,形成贯穿裂缝,破坏砼的整体性,这对砼的承载能力和安全工作是非常不利的。
(2)砼自身质点的约束。这属于内约束。大体积砼在温度变化过程中,砼块体内温度的分布是不均匀的,块体表层的热量散发快,因此表层温度接近于外界温度,而块体内部积聚的水化热不易散发,因而块体内部温度将显著高于块体表面温度.由于内外温度的不一致,使表层砼的收缩受到里层砼的约束而产生拉应力。若此拉应力超过了砼的抗拉强度,就会在块体表面产生表面裂缝。
故对大体积砼而言,外约束是使砼产生深层裂缝的原因,内约束则是使砼产生表面裂缝的原因。
2 控制产生温度裂缝的技术措施
2.1 减少边界约束作用的措施
(1) “放”的方法。减少约束体与被约束体之间的相互制约,以设置永久性伸缩缝的方法,将超长的现浇钢筋砼结构分成若干段,以期释放大部分变形,减少约束应力。我国《砼结构设计规范》规定:现浇剪力墙结构、现浇框架结构,处于室内或土中条件下的伸缩缝间距分别为45m和55m。目前大多数国家也广泛采用设置永久性伸缩缝作为控制裂缝开展的主要方法,其伸缩缝间距为20—30m,个别为10—20m。
(2) “抗”的方法。采取措施减小被约束体与约束体之间的相对温差,改善配筋,减少砼收缩,提高砼抗拉强度等。以抵抗温度收缩变形和约束应力。
(3) “放”、“抗” 结合的方法。在施工期间设置作为临时伸缩缝的 “后浇带”,将结构分成若干段,可有效削减温度收缩应力。在施工后期,将若干段浇筑成整体,以承受约束应力,正常施工条件下,后浇带间距一般为20—30m,带宽1.0m左右,砼浇筑30—40d后用砼封闭。
(4)除采用后浇带方法外,在某些工程中还采用 “跳仓打”的施工方法,即将整个结构按垂直施工缝分段,间隔一段,浇筑一段。经过不少于5d的间歇后再浇筑成整体 ,这样可削弱一部分施工初期的温差和收缩作用。.
(5)设置滑动层。对大体积砼在地基或垫层与基础的接触面上涂刷一道热沥青再加基础,铺一层油毡,或在地基或垫层上铺设50mm厚砂或石屑等形成滑动层,以减少地基或垫层对基础变形的约束程度。
在工程实践中,到底采用哪一种方法比较合适,必须通过综合分析其技术条件、使用要求和经济效果后,才可作出选择。
2.2 控制温度差的措施
温差是产生温度应力的根本原因。只要能控制温度差在25℃以内,就能防止温度裂缝的产生。对于配筋较密集的结构,考虑到钢筋对抗裂的作用,允许温差值可适当提高为30—401C,为降低温度差,可采取下列措施:
(1)尽量减少水化热。1)选用中热或低热的水泥品种,减少水化热,使砼减少升温。大体积砼施工常用325号、425号矿渣砼酸盐水泥。为减少水泥用量,降低水化热,利用砼的后期强度,并专门进行砼配合比设计,征得设计单位同意,砼可采用后期45d, 60d或90d强度替代28d设计强度,这样可使每立方米砼的水泥用量减少40—70kg/m2左右,砼的水化热温升相应减少4—7℃。2)外掺剂:在砼中可掺加复合型外加剂和粉煤灰,以减少绝对用水量和水泥用量,改善砼和易性与可泵性,延长缓凝时间。3)粗细骨料选择:采用以自然连续级配的粗骨料配制砼,因其具有较好的和易性、较少的用水量和水泥用量以及较高的抗压强度。优先选用5—40mm石子,减少砼收缩。含泥量<1%,符合筛分曲线要求,骨料中针状颗粒含量<15% (重量比)。细骨粒的采用以中粗砂为宜,含泥量<2%,这样可减少用水量,水泥用量相应减少,这样就降低了砼的温升并减少了砼的收缩。
(2)控制砼的浇筑温度。砖的温度是由浇筑温度和水化热温升所组成.因此,为了降低砼的内外温差和避免砼表面水分蒸发过快,也为了避免砼凝结速度过快影响砼的浇筑工作,砼的浇筑温度应予以适当控制,一般不宜超过28℃,但对于大体积基础,由于砼的温度裂缝主要受早期温度应力的控制,砼浇筑温度对基础早期内外温差的影响不起主导作用。因此,对砼浇筑的温度的控制也不必过于严格要求,可参考其它一些国家 (如日本、美国等)的规定控制在30℃或32℃以下。为降低砼的浇筑温度,高温季节施工时,应对粗、细骨料加以覆盖,免受太阳(接85页)曝晒,必要时,可用地下水或掺水屑水拌制砼。
(3)加强砼的养护,并注意施工阶段的温度监测。为保证新浇筑的砼有适宜的硬化条件,防止在早期由于干缩而产生裂缝,在砼浇筑完毕终凝后即加以覆盖浇水养护。为了掌握砼在施工期间内部温度场的变化情况,必须做好砼温度的监测工作,在砼内不同部位设置温度观测点,对砼温度进行跟踪监测。当砼内部温度场的分布于理论设计计算值对照有异常情况时,应及时采取相应的技术措施,控制砼内外的温度差不超过规定值.控制砼温度差的措施一般是:一方面降低砼的内部温度,另一方面保持或提高砼的表面温度。
参考文献:
1、叶琳昌、沈义.大体积混凝土施工[M].北京:中国建筑出版社,2006.
2、佟万泉.浅析大体积混凝土结构裂缝的控制,辽宁,混凝土,2002.3、迟陪云,钱强,高昆.大体积混凝土开裂的起因及防裂措施,青岛,2001.
大体积砼;温度裂缝;原因;控制措施
大体积砼具有结构厚、体积大、钢筋密、砼数量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点。除了必须满足强度、刚度、整体性和耐久性要求以外,还存在如何防止有害裂缝产生的问题。大体积砼硬化期间,由于水泥水化过程释放的水化热,所产生的温度变化和砼的收缩共同作用,由此而产生的温度应力和收缩应力,往往导致砼结构出现裂缝。这些裂缝会给工程带来不同程度的危害。因此如何采取有效措施,防止温度应力造成砼出现有害裂缝,一直是大体积砼结构施工中的一个重大问题。
1 砼温度裂缝产生的原因
引起砼产生裂缝的原因很多,但在大体积砼中,温度应力是引起裂缝产生的最常见原因之一。砼在凝结硬化过程中,水泥水化反应产生的水化热会使砼温度升高。对于一般柱、梁、楼板等构件,由于其散热条件较好,所以水化热所造成砼温度升高不大,不致引起严重不良后果。但对于大体积砼,由于散热条件差,砼浇筑后初期,大量的水化热积聚在砼块体内部,从而会引起明显的温升。此时,虽因砼温度与周围介质存在着温度差,热量会逐渐向外界散发,使砼块体逐渐降温冷却,最后稳定,但此过程非常缓慢。所以,大体积砼的温度变化,通常要经历温升期、冷却期和稳定期3个时期。
砼温度的变化,必然会使砼产生温度变形。若此变形受到约束,必将产生温度应力。如果温度应力为拉应力,且超过砼的抗拉强度时,砼便要产生温度裂缝。
大体积砼产生温度变形时受到两方面的约束:
(1)基岩或已硬化的砼垫层的约束。这属于外约束。当砼块体浇筑后,温度将逐渐升高到最高值,随后便逐渐下降,块体本应随之收缩,但由于块体底部已与基岩或已硬化的砼垫层粘结在一起,块体的收缩受到基岩或砼垫层的约束,从而在块体内产生拉应力。若拉应力超过砼的抗拉强度,砼就会产生裂缝。由于最大的约束应力在约束边,离开约束边向上,应力将逐渐衰减。故裂缝首先是在块体底部产生。随着收缩的增加和温度应力的增大,裂缝将向上延伸,有时会贯穿整个砼截面,形成贯穿裂缝,破坏砼的整体性,这对砼的承载能力和安全工作是非常不利的。
(2)砼自身质点的约束。这属于内约束。大体积砼在温度变化过程中,砼块体内温度的分布是不均匀的,块体表层的热量散发快,因此表层温度接近于外界温度,而块体内部积聚的水化热不易散发,因而块体内部温度将显著高于块体表面温度.由于内外温度的不一致,使表层砼的收缩受到里层砼的约束而产生拉应力。若此拉应力超过了砼的抗拉强度,就会在块体表面产生表面裂缝。
故对大体积砼而言,外约束是使砼产生深层裂缝的原因,内约束则是使砼产生表面裂缝的原因。
2 控制产生温度裂缝的技术措施
2.1 减少边界约束作用的措施
(1) “放”的方法。减少约束体与被约束体之间的相互制约,以设置永久性伸缩缝的方法,将超长的现浇钢筋砼结构分成若干段,以期释放大部分变形,减少约束应力。我国《砼结构设计规范》规定:现浇剪力墙结构、现浇框架结构,处于室内或土中条件下的伸缩缝间距分别为45m和55m。目前大多数国家也广泛采用设置永久性伸缩缝作为控制裂缝开展的主要方法,其伸缩缝间距为20—30m,个别为10—20m。
(2) “抗”的方法。采取措施减小被约束体与约束体之间的相对温差,改善配筋,减少砼收缩,提高砼抗拉强度等。以抵抗温度收缩变形和约束应力。
(3) “放”、“抗” 结合的方法。在施工期间设置作为临时伸缩缝的 “后浇带”,将结构分成若干段,可有效削减温度收缩应力。在施工后期,将若干段浇筑成整体,以承受约束应力,正常施工条件下,后浇带间距一般为20—30m,带宽1.0m左右,砼浇筑30—40d后用砼封闭。
(4)除采用后浇带方法外,在某些工程中还采用 “跳仓打”的施工方法,即将整个结构按垂直施工缝分段,间隔一段,浇筑一段。经过不少于5d的间歇后再浇筑成整体 ,这样可削弱一部分施工初期的温差和收缩作用。.
(5)设置滑动层。对大体积砼在地基或垫层与基础的接触面上涂刷一道热沥青再加基础,铺一层油毡,或在地基或垫层上铺设50mm厚砂或石屑等形成滑动层,以减少地基或垫层对基础变形的约束程度。
在工程实践中,到底采用哪一种方法比较合适,必须通过综合分析其技术条件、使用要求和经济效果后,才可作出选择。
2.2 控制温度差的措施
温差是产生温度应力的根本原因。只要能控制温度差在25℃以内,就能防止温度裂缝的产生。对于配筋较密集的结构,考虑到钢筋对抗裂的作用,允许温差值可适当提高为30—401C,为降低温度差,可采取下列措施:
(1)尽量减少水化热。1)选用中热或低热的水泥品种,减少水化热,使砼减少升温。大体积砼施工常用325号、425号矿渣砼酸盐水泥。为减少水泥用量,降低水化热,利用砼的后期强度,并专门进行砼配合比设计,征得设计单位同意,砼可采用后期45d, 60d或90d强度替代28d设计强度,这样可使每立方米砼的水泥用量减少40—70kg/m2左右,砼的水化热温升相应减少4—7℃。2)外掺剂:在砼中可掺加复合型外加剂和粉煤灰,以减少绝对用水量和水泥用量,改善砼和易性与可泵性,延长缓凝时间。3)粗细骨料选择:采用以自然连续级配的粗骨料配制砼,因其具有较好的和易性、较少的用水量和水泥用量以及较高的抗压强度。优先选用5—40mm石子,减少砼收缩。含泥量<1%,符合筛分曲线要求,骨料中针状颗粒含量<15% (重量比)。细骨粒的采用以中粗砂为宜,含泥量<2%,这样可减少用水量,水泥用量相应减少,这样就降低了砼的温升并减少了砼的收缩。
(2)控制砼的浇筑温度。砖的温度是由浇筑温度和水化热温升所组成.因此,为了降低砼的内外温差和避免砼表面水分蒸发过快,也为了避免砼凝结速度过快影响砼的浇筑工作,砼的浇筑温度应予以适当控制,一般不宜超过28℃,但对于大体积基础,由于砼的温度裂缝主要受早期温度应力的控制,砼浇筑温度对基础早期内外温差的影响不起主导作用。因此,对砼浇筑的温度的控制也不必过于严格要求,可参考其它一些国家 (如日本、美国等)的规定控制在30℃或32℃以下。为降低砼的浇筑温度,高温季节施工时,应对粗、细骨料加以覆盖,免受太阳(接85页)曝晒,必要时,可用地下水或掺水屑水拌制砼。
(3)加强砼的养护,并注意施工阶段的温度监测。为保证新浇筑的砼有适宜的硬化条件,防止在早期由于干缩而产生裂缝,在砼浇筑完毕终凝后即加以覆盖浇水养护。为了掌握砼在施工期间内部温度场的变化情况,必须做好砼温度的监测工作,在砼内不同部位设置温度观测点,对砼温度进行跟踪监测。当砼内部温度场的分布于理论设计计算值对照有异常情况时,应及时采取相应的技术措施,控制砼内外的温度差不超过规定值.控制砼温度差的措施一般是:一方面降低砼的内部温度,另一方面保持或提高砼的表面温度。
参考文献:
1、叶琳昌、沈义.大体积混凝土施工[M].北京:中国建筑出版社,2006.
2、佟万泉.浅析大体积混凝土结构裂缝的控制,辽宁,混凝土,2002.3、迟陪云,钱强,高昆.大体积混凝土开裂的起因及防裂措施,青岛,2001.