水工混凝土的施工溫度與裂縫分析
發(fā)布時間：2010-01-14 共1頁
混凝土在現(xiàn)代工程建設中占有重要地位，而混凝土的裂縫較為普遍，特別是在水利水電工程建設中，混凝土裂縫幾乎無處不在。盡管我們在施工中采取各種措施，小心謹慎，但裂縫仍然時有發(fā)生。究其原因，人們對混凝土溫度應力的變化注意不夠是原因之一。在大體積混凝土中，溫度應力是產生裂縫的主要因素之一，這就反映了混凝土施工溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因，首先，在施工中混凝土膠結材料產生水化熱，結構產生溫度應力而出現(xiàn)溫度裂縫，影響結構的整體性和耐久性；其次，在工程運行過程中，溫度的變化對結構的應力狀態(tài)具有顯著的、不容忽視的影響。目前人們遇到的主要是施工中產生的溫度裂縫，本文對混凝土施工中裂縫的成因和處理措施作如下初步探討。
1 、裂縫的成因
混凝土產生裂縫有多種原因，主要因素是溫度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性、結構不合理、原材料不合格、模板變形和基礎不均勻沉降等。
混凝土在硬化期間水泥產生大量水化熱，內部溫度不斷上升，在混凝土表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝土的約束，又會在混凝土內部出現(xiàn)拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力，當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。
許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化，如養(yǎng)護不當、時干時濕，表面干縮變形受到內部混凝土體的約束，也往往產生裂縫。
由于原材料質地不均勻、水灰比不穩(wěn)定以及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊體混凝土中其抗拉強度也是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。
施工中混凝土由最高溫度冷卻到工程運行時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內部引起相當大的拉應力，有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力。因此，掌握溫度應力的變化規(guī)律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。
2 、溫度應力的分析
溫度應力根據其形成過程可分為以下三個階段：
（1）第1階段：自開始澆筑混凝土至水化熱基本結束，一般約為30天。這個階段具備兩個特征：一是水泥揮發(fā)出大量的水化熱，二是混凝土彈性模量的急劇變化，由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內形成殘余應力。
（2）第2階段：自水化熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止。在這個時期，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。
（3）第3階段：混凝土完全冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。
3、 溫度的控制和防止裂縫的措施
為了防止混凝土裂縫，減輕溫度應力可以從控制混凝土溫度、改善約束條件和加強混凝土早期養(yǎng)護三個方面考慮。
（1）控制混凝土溫度的措施
a） 拌合混凝土時加漿或用冰將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；
c） 在混凝土中埋設冷卻水管對混凝土內部進行降溫；
e） 規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時對混凝土表面進行保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化；
（2）改善約束條件的措施
a） 對混凝土體進行合理地分縫分塊；
b） 避免基礎過大起伏；
c） 合理的安排混凝土澆筑工序，避免過大的高差和側面長期暴露；
（3）加強混凝土的早期養(yǎng)護
混凝土常見的裂縫，大多數是不同深度的表面裂縫，其主要原因是混凝土表面與內部溫差過大，寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此，混凝土的保溫對防止混凝土表面早期裂縫非常重要。
從溫度應力方面考慮，混凝土保溫應達到下述要求：
（1） 防止混凝土內外溫差過大，防止其表面裂縫；
（2） 防止混凝土超冷，應該盡量設法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土運行期的穩(wěn)定溫度；
（3）混凝土的早期養(yǎng)護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。另一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設計強度和設計抗裂能力。適宜的溫、濕度條件是相互關聯(lián)的，混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。
從理論上分析，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余，但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此，混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護的關鍵時期，在施工中應切實重視起來。
4、結束語
以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關系進行了初步探討，在施工過程中應根據實際情況盡量采取不同的控制措施，以免混凝土產生裂縫。
1 、裂縫的成因
混凝土產生裂縫有多種原因，主要因素是溫度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性、結構不合理、原材料不合格、模板變形和基礎不均勻沉降等。
混凝土在硬化期間水泥產生大量水化熱，內部溫度不斷上升，在混凝土表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝土的約束，又會在混凝土內部出現(xiàn)拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力，當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。
許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化，如養(yǎng)護不當、時干時濕，表面干縮變形受到內部混凝土體的約束，也往往產生裂縫。
由于原材料質地不均勻、水灰比不穩(wěn)定以及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊體混凝土中其抗拉強度也是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。
施工中混凝土由最高溫度冷卻到工程運行時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內部引起相當大的拉應力，有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力。因此，掌握溫度應力的變化規(guī)律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。
2 、溫度應力的分析
溫度應力根據其形成過程可分為以下三個階段：
（1）第1階段：自開始澆筑混凝土至水化熱基本結束，一般約為30天。這個階段具備兩個特征：一是水泥揮發(fā)出大量的水化熱，二是混凝土彈性模量的急劇變化，由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內形成殘余應力。
（2）第2階段：自水化熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止。在這個時期，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。
（3）第3階段：混凝土完全冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。
3、 溫度的控制和防止裂縫的措施
為了防止混凝土裂縫，減輕溫度應力可以從控制混凝土溫度、改善約束條件和加強混凝土早期養(yǎng)護三個方面考慮。
（1）控制混凝土溫度的措施
a） 拌合混凝土時加漿或用冰將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；
c） 在混凝土中埋設冷卻水管對混凝土內部進行降溫；
e） 規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時對混凝土表面進行保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度變化；
（2）改善約束條件的措施
a） 對混凝土體進行合理地分縫分塊；
b） 避免基礎過大起伏；
c） 合理的安排混凝土澆筑工序，避免過大的高差和側面長期暴露；
（3）加強混凝土的早期養(yǎng)護
混凝土常見的裂縫，大多數是不同深度的表面裂縫，其主要原因是混凝土表面與內部溫差過大，寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此，混凝土的保溫對防止混凝土表面早期裂縫非常重要。
從溫度應力方面考慮，混凝土保溫應達到下述要求：
（1） 防止混凝土內外溫差過大，防止其表面裂縫；
（2） 防止混凝土超冷，應該盡量設法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土運行期的穩(wěn)定溫度；
（3）混凝土的早期養(yǎng)護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。另一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設計強度和設計抗裂能力。適宜的溫、濕度條件是相互關聯(lián)的，混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。
從理論上分析，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余，但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此，混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護的關鍵時期，在施工中應切實重視起來。
4、結束語
以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關系進行了初步探討，在施工過程中應根據實際情況盡量采取不同的控制措施，以免混凝土產生裂縫。
