【精品】淺談混凝土的施工溫度與裂縫

1、淺談混凝土的施工溫度與裂縫專業(yè)：水利水電工程學(xué)號：201016614姓名：張恒源淺談混凝土的施工溫度與裂縫摘要通過多年的現(xiàn)場觀察和查閱有關(guān)混凝土內(nèi)部應(yīng)力方面的專著，對混凝土溫度 裂縫產(chǎn)生的原因、現(xiàn)場混凝土溫度的控制和預(yù)防裂縫的措施等進行闡述。 關(guān)鍵詞 混凝土 溫度應(yīng)力 裂縫控制混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位。而在今天，混凝土的裂縫較為 普遍，在橋梁工程中裂縫幾乎無所不在。盡管我們在施工中采取各種措施， 小心謹慎，但裂縫仍然時有出現(xiàn)。究其原因，我們對混凝土溫度應(yīng)力的變化 注意不夠是其中之一。大體積混凝土的施工技術(shù)要求比較高，特別在施工中要防止混凝土因水 泥水化熱引起的溫度差產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫。

2、因此需要從材料選擇上、技術(shù)措 施等有關(guān)環(huán)節(jié)做好充分的準備工作，才能保證基礎(chǔ)底板大體積混凝土順利施 工。1、材料選擇(1) 水泥：考慮普通水泥水化熱較高，特別是應(yīng)用到大體積混凝土中, 大量水泥水化熱不易散發(fā)，在混凝土內(nèi)部溫度過高，與混凝土表面產(chǎn)生較大 的溫度差，便混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)表面拉應(yīng)力超過 早期混凝土抗拉強度時就會產(chǎn)生溫度裂縫，因此確定采用水化熱比較低的礦 渣硅酸鹽水泥，標號為525#,通過摻加合適的外加劑可以改善混凝土的性能, 提咼混凝土的抗?jié)B能力。（2）粗骨料：采用碎石，粒徑5-25mm,含泥量不大于1 選用粒徑較大、 級配良好的石子配制的混凝土，和易性較好，抗壓

3、強度較高，同時可以減少 用水量及水泥用量，從而使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升。（3）細骨料：采用中砂，山砂（45%） +人工砂（55%）,平均粒徑大 0.5mm,含泥量不大于5選用平均粒徑較大的中、粗砂拌制的混凝土比采用細砂拌制的混凝土可減少用水量10%左右，同吋和應(yīng)減少水泥用量，使水 泥水化熱減少，降低混凝土溫升，并可減少混凝土收縮。（4）粉煤灰：由于混凝土的澆筑方式為泵送，為了改善混凝土的和易 性便于泵送，考慮摻加適量的粉煤灰。按照規(guī)范要求，采用礦渣硅酸鹽水泥 拌制大體積粉煤灰混凝土?xí)r，其粉煤灰取代水泥的最大限量為25%.粉煤灰 對水化熱、改善混凝土和易性有利，但摻加粉煤灰的混凝土早期極

4、限抗拉值 均有所降低，對混凝土抗?jié)B抗裂不利，因此粉煤灰的摻量控制在10以內(nèi)， 采用外摻法，即不減少配合比中的水泥用量。按配合比耍求計算出每立方米 混凝土所摻加粉煤灰量。（5）外加劑：設(shè)計無具體要求，通過分析比較及過去在其它工程上的 使用經(jīng)驗，混凝土確定釆用“山峰牌減水劑），每立方米混凝土 2kg,減水 劑可降低水化熱峰值，對混凝土收縮有補償功能，可提高混凝土的抗裂性。2、混凝土配合比（1）混凝土采用由本公司攪拌站供應(yīng)的商品混凝土，因此要求混凝土 攪拌站根據(jù)現(xiàn)場提出的技術(shù)耍求，提前做好混凝土試配。（2）混凝土配合比應(yīng)提高試配確定。按照國家現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)工程 施工及驗收規(guī)范、普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)

5、程及粉煤灰混凝土應(yīng)用技 術(shù)規(guī)范中的有關(guān)技術(shù)要求進行設(shè)計。（3）粉煤灰采用外摻法時僅在砂料中扣除同體積的砂量。另外應(yīng)考慮 到水泥的供應(yīng)情況，以滿足施工的要求。3、現(xiàn)場準備工作（1）基礎(chǔ)底板鋼筋及柱、墻插筋應(yīng)分段盡快施工完畢，并進行隱蔽工 程驗收。（2）基礎(chǔ)底板上的地坑、積水坑采用組合鋼模板支模，不合模數(shù)部位 采用木模板支模。（3）將基礎(chǔ)底板上表面標高抄測在柱、墻鋼筋上，并作明顯標記，供 澆筑混凝土?xí)r找平用。（4）澆筑混凝土?xí)r預(yù)埋的測溫管及保溫隨需的塑料薄膜、草席等應(yīng)提 前準備好。（5）項目經(jīng)理部應(yīng)與建設(shè)單位聯(lián)系好施工用電，以保證混凝土振搗及 施工照明用。（6）管理人員、施工人員、后勤人員、保衛(wèi)人

6、員等晝夜排班，堅守崗 位，各負其責(zé)，保證混凝土連續(xù)澆灌的順利進行。在大體積混凝土中，溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于 兩方面的原因。首先，在施工屮混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結(jié)構(gòu)的整 體性和耐久性。其次，在運轉(zhuǎn)過程中，溫度變化對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著 的不容忽視的影響。我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫，因此本文僅對施 工中混凝土裂縫的成因和處理措施做一探討。1裂縫的原因混凝土中產(chǎn)豐裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆 性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)），模板變 形，基礎(chǔ)不均勻沉降等。混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引

7、起 拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝上的約束，又會在混凝 土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很人的拉應(yīng)力。當(dāng)這 些拉應(yīng)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(nèi)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 周、吋干吋濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。混 凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1/10左右，短期加荷時的極 限拉伸變形只有(061.0) x104,長期加荷時的極限位伸變形也只有(1.2 2.0) xl04o由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆筑過程中的離析 現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉

8、強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很 低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主耍是由鋼筋承擔(dān), 混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi) 出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力 或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期 的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)人的拉應(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過 其它外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進行合理的結(jié) 構(gòu)設(shè)計和施工極為重要。2溫度應(yīng)力的分析根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個階段：(1) 早期：自澆筑混凝上開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這 個

9、階段的兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上彈性模量的急 劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。(2) 中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止, 這個時期中，溫度應(yīng)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(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不 大。(3) 晚期：混凝土完全冷卻以后的運轉(zhuǎn)時期。溫度應(yīng)力主耍是外界氣溫 變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：(1) 自生應(yīng)力：邊界上沒有任何約朿或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度 是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)

10、力。例如，橋梁墩 身，結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出 現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。(2) 約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形 而引起的應(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。要想根據(jù)己知的溫度準確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項比較復(fù)雜的工 作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗或數(shù)值計算?；炷恋男熳兪箿囟?應(yīng)力有相當(dāng)大的松馳，計算溫度應(yīng)力時，必須考慮徐變的影響，具體計算這 里就不再細述。3溫度的控制和防止裂縫的措施為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面 著手?？刂?/p>

11、溫度的措施如下：(1) 采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化 劑等措施以減少混凝土中的水泥用量；(2) 拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；(3) 熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；(4) 在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫；(5) 規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面 發(fā)牛:急劇的溫度梯度；(6) 施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取 保溫措施；改善約束條件的措施是：(1) 合理地分縫分塊；(2) 避免基礎(chǔ)過大起伏；(3) 合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)血長期暴露；此外，改善混凝土的性能

12、，提高抗裂能力，加強養(yǎng)護，防止表面干縮， 特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是丁分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿 裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫 穿性裂縫的發(fā)生為主。在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土 盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時間，以免引起混凝土 表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度 沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉 應(yīng)力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此吋拆除模板，表面溫度驟降，必然引 起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土

13、 干縮，表面的拉應(yīng)力達到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險，但如果在拆除 模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表 面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。加筋對大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，因為大體積混凝土的含筋率 極低。只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的 條件下，鋼的各項性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時間及溫度無關(guān)。鋼的線 脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時兩者間只發(fā)牛:很小的內(nèi)應(yīng) 力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的715倍，當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力達到 抗拉強度而開裂時，鋼筋的應(yīng)力將不超過100200kg/cna因此，在混凝 土屮想要利用鋼

14、筋來防止細小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一 般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細而間 距密時，對提高混凝土抗裂性的效杲較好?；炷梁弯摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的表面 常常會發(fā)生細而淺的裂縫，其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都 較淺，但它對結(jié)構(gòu)的強度和耐久性仍有一定的影響。為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外 加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑，筆者在實踐中總結(jié)出 其主要作用為：(1) 混凝土中存在大量毛細孔道，水蒸發(fā)后毛細管中產(chǎn)生毛細管張力， 使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力，但會使混凝土強 度降低。這個表

15、面張力理論早在六十年代就已被國際上所確認。(2) 水灰比是影響混凝土收縮的重要因索，使用減水防裂劑可使混凝土 用水量減少25%。(3) 水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土 在保持混凝土強度的條件下可減少15 %的水泥用量，其休積用增加骨料用量 來補充。（4）減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變 形。（5）提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力，提高的混凝土抗裂性能。（6）混凝土在收縮時受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強 度時裂縫就會產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強度，大幅提高 混凝土的抗裂性能。（7）摻加外加劑可使混凝土密實性好，可有效地提高

16、混凝土的抗碳化性, 減少碳化收縮。（8）摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當(dāng)，在有效防止水泥迅速水化放 熱基礎(chǔ)上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。（9）摻外加劑混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，減少水分蒸發(fā), 減少干燥收縮.許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，我們在工程實踐 中應(yīng)多進行這方面的實驗對比和研究，比單純的靠改善外部條件，可能會更 加簡捷、經(jīng)濟。4混凝土的早期養(yǎng)護實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要 原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說混凝土的 保溫對防止表面早期裂縫尤其重耍。從溫度應(yīng)力觀點出發(fā)，保溫應(yīng)達到下述要求：1）防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。2）防止混凝土超冷，應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混 凝土使用期的穩(wěn)定溫度。3）防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。混凝土的早期養(yǎng)護，主要冃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 和十縮。一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設(shè)計的強度和抗裂能力。適宜的溫濕度條件是和互關(guān)聯(lián)的?；炷系谋卮胧┏３?/p>