论文部分内容阅读
摘要： 大体积混凝土施工时遇到的普遍问题是温度裂缝，由于大体积混凝土结构的截面尺寸较大，外荷载引起裂缝的可能性很小，水泥在水化反应中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和收缩应力，这成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要因素。本文针对大体积混凝土温度裂缝产生的原因、现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施进行等进行阐述。
关键词：大体积混凝土；温度应力；裂缝；成因；防治措施
Abstract: the construction of mass concrete in common problem is the temperature crack, due to the large volume concrete structure of the cross section size is larger, the load caused by the possibility of a small crack, cement hydration reaction in the release of the hydration heat generated by the temperature variation and concrete shrinkage common function, will produce larger temperature stress and shrinkage stress, it become a big volume concrete structure crack of the main factors. Aiming at the large volume concrete temperature field, the causes of the cracks of the concrete temperature control and crack prevention measures are discussed in this paper.
Keywords: large volume concrete; Temperature stress; Crack; Cause; Prevention and control measures
中圖分类号：TV544+.91 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1.概述
松花江大桥全长2324.92m，主桥4个主墩均采用钢筋混凝土实体墩，墩身采用上、下行分离式，墩身面尺寸横桥向为6.6m，顺桥向为4.58～5m。承台为整体式，平面形状为六边形，长为29.5m，宽为2.6m，厚度为4m。在大体积混凝土（现场浇筑的最小尺寸为1～3且必须采取措施以避免水化热引起的温差超过25℃的混凝土称为大体积混凝土）中，我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，由于混凝土的体积大，聚集的水化热大，在混凝土内外散热不均匀以及受到内外约束的情况时，混凝土内部会产生较大的温度应力，导致裂缝产生，为结构埋下了严重的质量隐患。因此，大体积混凝土施工中的温度监控是控制裂缝产生的关键。本文仅对施工中大体积混凝土温度裂缝成因及其处理措施做一阐述。
2.裂缝的原因
混凝土中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。
⑴混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104， 长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104。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，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。
⑵大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后，水泥因水化引起水化热，由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不易散发，混凝土内部温度将显著升高，而其表面则散热较快，形成了较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。此时，混凝龄期短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度，则会在混凝土表面产生裂缝。另外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，也会导致裂缝。
⑶加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积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。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。
3.温度应力的分析
根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：
⑴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水化热，二是混凝上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。
⑵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，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
⑶晚期：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迭加。
根据温度应力引起的原因可分为两类：自生应力和约束应力，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。
4.防止温度裂缝的措施
4.1控制温度的措施
⑴采用改善骨料级配，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；
⑵拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；
⑶热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；
⑷在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；
⑸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；
⑹施工中长期暴露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；
4.2改善约束条件的措施
⑴合理地分缝分块；
⑵避免基础过大起伏；
⑶合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露；
此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。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，从而在表面附加拉应力，与水化热应力迭加，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轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。
4.3使用减水防裂剂措施
⑴水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低。使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25％。
⑵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。
⑶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。
⑷提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。
⑸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。减水防裂剂可有效的提高的混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。
⑹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。
⑺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。
⑻掺外加剂混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩.
4.4混凝土的早期养护
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。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。
实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。
从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：
⑴防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。
⑵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使用期的稳定温度。
⑶防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。
适宜的温湿度条件是相互關联的。混凝上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，从而推迟或阻碍水泥的水化，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。
5.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理论和实践上的初步探讨，在施工中严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。同时多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。
参考文献
[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000） 交通部
[2]《2005最新混凝土结构工程施工质量标准规范》（HD-43370）吉林科学技术出版社
关键词：大体积混凝土；温度应力；裂缝；成因；防治措施
Abstract: the construction of mass concrete in common problem is the temperature crack, due to the large volume concrete structure of the cross section size is larger, the load caused by the possibility of a small crack, cement hydration reaction in the release of the hydration heat generated by the temperature variation and concrete shrinkage common function, will produce larger temperature stress and shrinkage stress, it become a big volume concrete structure crack of the main factors. Aiming at the large volume concrete temperature field, the causes of the cracks of the concrete temperature control and crack prevention measures are discussed in this paper.
Keywords: large volume concrete; Temperature stress; Crack; Cause; Prevention and control measures
中圖分类号：TV544+.91 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1.概述
松花江大桥全长2324.92m，主桥4个主墩均采用钢筋混凝土实体墩，墩身采用上、下行分离式，墩身面尺寸横桥向为6.6m，顺桥向为4.58～5m。承台为整体式，平面形状为六边形，长为29.5m，宽为2.6m，厚度为4m。在大体积混凝土（现场浇筑的最小尺寸为1～3且必须采取措施以避免水化热引起的温差超过25℃的混凝土称为大体积混凝土）中，我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，由于混凝土的体积大，聚集的水化热大，在混凝土内外散热不均匀以及受到内外约束的情况时，混凝土内部会产生较大的温度应力，导致裂缝产生，为结构埋下了严重的质量隐患。因此，大体积混凝土施工中的温度监控是控制裂缝产生的关键。本文仅对施工中大体积混凝土温度裂缝成因及其处理措施做一阐述。
2.裂缝的原因
混凝土中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。
⑴混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104， 长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104。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，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。
⑵大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后，水泥因水化引起水化热，由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不易散发，混凝土内部温度将显著升高，而其表面则散热较快，形成了较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。此时，混凝龄期短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度，则会在混凝土表面产生裂缝。另外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，也会导致裂缝。
⑶加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积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。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。
3.温度应力的分析
根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：
⑴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水化热，二是混凝上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。
⑵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，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
⑶晚期：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迭加。
根据温度应力引起的原因可分为两类：自生应力和约束应力，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。
4.防止温度裂缝的措施
4.1控制温度的措施
⑴采用改善骨料级配，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；
⑵拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；
⑶热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；
⑷在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；
⑸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；
⑹施工中长期暴露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；
4.2改善约束条件的措施
⑴合理地分缝分块；
⑵避免基础过大起伏；
⑶合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露；
此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。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，从而在表面附加拉应力，与水化热应力迭加，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轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。
4.3使用减水防裂剂措施
⑴水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低。使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25％。
⑵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。
⑶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。
⑷提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。
⑸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。减水防裂剂可有效的提高的混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。
⑹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。
⑺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。
⑻掺外加剂混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩.
4.4混凝土的早期养护
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。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。
实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。
从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：
⑴防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。
⑵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使用期的稳定温度。
⑶防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。
适宜的温湿度条件是相互關联的。混凝上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，从而推迟或阻碍水泥的水化，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。
5.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理论和实践上的初步探讨，在施工中严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。同时多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。
参考文献
[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000） 交通部
[2]《2005最新混凝土结构工程施工质量标准规范》（HD-43370）吉林科学技术出版社