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【摘 要】随着混凝土在工程中的广泛运用,混凝土的裂缝成为质量缺陷中最为普遍的现象之一,在桥梁工程中裂缝几乎无所不在。尽管在施工中采取各种措施,但裂缝仍然时有出现。下面我们主要分析温度对裂缝的影响及裂缝的处理。
【关键词】裂缝原因;温度应力;裂缝控制;裂缝的处理
一、裂缝的原因
结构构件产生裂缝的原因比较复杂,有外部荷载(包括施工阶段和使用阶段)引起的裂缝,由于变形(包括温度与湿度变化及不均匀沉陷等产生的变形)引起的裂缝和由施工操作(如制作、脱模、养护、堆放、运输、吊装等)不善引起的裂缝。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)等。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。混凝土是一种脆性材料,由于原材料不均匀,水灰比不稳定,及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。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。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者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、混凝土裂缝的控制
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。控制措施如下:
(1)、选择合适水泥和严格控制水泥用量
优先采用525R普通水泥,425R普通水泥等高标号水泥,以减少水泥用量。选用低热水泥减少水化热,降低混凝土的温升值。在满足设计和混凝土可泵性的前提下,将425R水泥用量控制在450kg/m3,525R水泥用量控制在360kg/m3。以降低混凝土最高温升,降低混凝土所受的拉应力。
(2)、选择适当外加剂
可根据设计要求,混凝土中掺加一定用量外加剂,如防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂等外加剂。外加剂中糖钙能提高混凝土的和易性,使用水量减少20%左右,水灰比可控制在0.55以下,初凝延长到5h左右。
(3)、选择优化配合比
选用良好级配的骨料,严格控制砂石质量,降低水灰比,并在混凝土中掺加粉煤灰和外加剂等,以降低水泥用量,减少水化热,以降低混凝土温升,从而可以降低混凝土所受的拉应力。
(4)、严格控制混凝土入模温度
混凝土最好选在春秋季施工,以降低入模温度,在夏季施工最好采取有效措施降低入模温度,再者浇筑混凝土时最好不要让混凝土在太阳下直接爆晒。施工过程中应对碎石洒水降温,保证水泥库通风良好,自来水预可先放入地下蓄水池中降温。
(5)、拆除模板后及时在表面覆盖轻型保温材料,如泡沫海棉等及时对混凝土覆盖保温、保湿材料。
(6)、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梯度。
(7)、改进施工技术
施工时加强插筋位置的振捣、抹压、养护。由于钢筋是热的良导体,易产生大的温度梯度,这是裂缝产生的一个主要环节。同时加强初凝前的抹压,以消除初期裂缝,并加强早期养护,提高混凝土抗拉强度。
(8)、加强混凝土浇筑后的养护
混凝土浇筑后,应尽快回填土--土是混凝土最好的养护材料之一。目前这是混凝土保温保湿养护的最有效方法,对预防裂缝是非常有益的。如采用蓄水法保温养护,在混凝土施工期间可通入冷却循环水,以便加快承台内部热量的散发。如采用内散外蓄综合养护措施,可有效降低混凝土的温升值,且可大大缩短养护周期,对于超厚大体积混凝土施工尤其适用。
(9)、加强技术管理
加强原材料的检验、试验工作。施工中严格按照方案及交底的要求指导施工,明确分工,责任到人。加强计量监测工作,定时检查并做好详细记录,认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝,并采取措施加以杜绝。在变截面施工前,一定要加强预测,并保证预测的科学性。同时在实施过程中,要切实落实施工方案。
加筋对混凝土的温度应力影响很小,因为混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。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,当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时,钢筋的应力将不超过100-200kg/cm2.因此,在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且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。
3、混凝土裂缝的处理
对于影响结构承载力,或者防水、防渗性能的裂缝,为恢复结构的整体性和抗渗性,应根据裂缝的空度、性质和施工条件等,采用水泥灌浆或化学灌浆的方法予以修补。一般对于宽度大于0.5mm的裂缝,可采用水泥灌浆;宽度小于0.5mm的裂缝,宜采用化学灌浆。化学灌浆所选用的灌浆材料,应根据裂缝性质、缝宽和干燥情况选用。作为补强用的灌浆材料,常用的有环氧树脂浆液(能修补缝宽0.2mm以上的干燥裂缝)和甲凝(能修补0.05mm以上的干燥细微裂缝)等。作为防渗堵漏用的灌浆材料,常用的有丙凝(能灌入0.01mm以上的裂缝)和聚氨酯(能灌入0.015mm以上的裂缝)等。
结束语
工程实践证明,混凝土施工难度比较大,建造周期一般较长,抗拉强度不高,早期强度低,不宜在冬天和雨天施工。在混凝土中,温度应力及温度控制具有重要意义。首先,在施工中混凝土常常出现温度裂缝,影响到结构的整体性和耐久性;其次,在运转过程中,温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。混凝土产生裂缝,稍有差错,将会造成无法估量的损失,为了降低经济损失,保证混凝土施工的质量,我们要减少和控制裂缝的出现。
参考文献:
[1]卢循 主编.建筑施工技术.中国建筑工业出版社。
[2]李楠主编.混凝土结构工程施工质量验收规范.机械工业出版社。
【关键词】裂缝原因;温度应力;裂缝控制;裂缝的处理
一、裂缝的原因
结构构件产生裂缝的原因比较复杂,有外部荷载(包括施工阶段和使用阶段)引起的裂缝,由于变形(包括温度与湿度变化及不均匀沉陷等产生的变形)引起的裂缝和由施工操作(如制作、脱模、养护、堆放、运输、吊装等)不善引起的裂缝。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)等。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。混凝土是一种脆性材料,由于原材料不均匀,水灰比不稳定,及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。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。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者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、混凝土裂缝的控制
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。控制措施如下:
(1)、选择合适水泥和严格控制水泥用量
优先采用525R普通水泥,425R普通水泥等高标号水泥,以减少水泥用量。选用低热水泥减少水化热,降低混凝土的温升值。在满足设计和混凝土可泵性的前提下,将425R水泥用量控制在450kg/m3,525R水泥用量控制在360kg/m3。以降低混凝土最高温升,降低混凝土所受的拉应力。
(2)、选择适当外加剂
可根据设计要求,混凝土中掺加一定用量外加剂,如防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂等外加剂。外加剂中糖钙能提高混凝土的和易性,使用水量减少20%左右,水灰比可控制在0.55以下,初凝延长到5h左右。
(3)、选择优化配合比
选用良好级配的骨料,严格控制砂石质量,降低水灰比,并在混凝土中掺加粉煤灰和外加剂等,以降低水泥用量,减少水化热,以降低混凝土温升,从而可以降低混凝土所受的拉应力。
(4)、严格控制混凝土入模温度
混凝土最好选在春秋季施工,以降低入模温度,在夏季施工最好采取有效措施降低入模温度,再者浇筑混凝土时最好不要让混凝土在太阳下直接爆晒。施工过程中应对碎石洒水降温,保证水泥库通风良好,自来水预可先放入地下蓄水池中降温。
(5)、拆除模板后及时在表面覆盖轻型保温材料,如泡沫海棉等及时对混凝土覆盖保温、保湿材料。
(6)、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梯度。
(7)、改进施工技术
施工时加强插筋位置的振捣、抹压、养护。由于钢筋是热的良导体,易产生大的温度梯度,这是裂缝产生的一个主要环节。同时加强初凝前的抹压,以消除初期裂缝,并加强早期养护,提高混凝土抗拉强度。
(8)、加强混凝土浇筑后的养护
混凝土浇筑后,应尽快回填土--土是混凝土最好的养护材料之一。目前这是混凝土保温保湿养护的最有效方法,对预防裂缝是非常有益的。如采用蓄水法保温养护,在混凝土施工期间可通入冷却循环水,以便加快承台内部热量的散发。如采用内散外蓄综合养护措施,可有效降低混凝土的温升值,且可大大缩短养护周期,对于超厚大体积混凝土施工尤其适用。
(9)、加强技术管理
加强原材料的检验、试验工作。施工中严格按照方案及交底的要求指导施工,明确分工,责任到人。加强计量监测工作,定时检查并做好详细记录,认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝,并采取措施加以杜绝。在变截面施工前,一定要加强预测,并保证预测的科学性。同时在实施过程中,要切实落实施工方案。
加筋对混凝土的温度应力影响很小,因为混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。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,当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时,钢筋的应力将不超过100-200kg/cm2.因此,在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且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。
3、混凝土裂缝的处理
对于影响结构承载力,或者防水、防渗性能的裂缝,为恢复结构的整体性和抗渗性,应根据裂缝的空度、性质和施工条件等,采用水泥灌浆或化学灌浆的方法予以修补。一般对于宽度大于0.5mm的裂缝,可采用水泥灌浆;宽度小于0.5mm的裂缝,宜采用化学灌浆。化学灌浆所选用的灌浆材料,应根据裂缝性质、缝宽和干燥情况选用。作为补强用的灌浆材料,常用的有环氧树脂浆液(能修补缝宽0.2mm以上的干燥裂缝)和甲凝(能修补0.05mm以上的干燥细微裂缝)等。作为防渗堵漏用的灌浆材料,常用的有丙凝(能灌入0.01mm以上的裂缝)和聚氨酯(能灌入0.015mm以上的裂缝)等。
结束语
工程实践证明,混凝土施工难度比较大,建造周期一般较长,抗拉强度不高,早期强度低,不宜在冬天和雨天施工。在混凝土中,温度应力及温度控制具有重要意义。首先,在施工中混凝土常常出现温度裂缝,影响到结构的整体性和耐久性;其次,在运转过程中,温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。混凝土产生裂缝,稍有差错,将会造成无法估量的损失,为了降低经济损失,保证混凝土施工的质量,我们要减少和控制裂缝的出现。
参考文献:
[1]卢循 主编.建筑施工技术.中国建筑工业出版社。
[2]李楠主编.混凝土结构工程施工质量验收规范.机械工业出版社。