論混凝土的施工溫度與裂縫

【關鍵詞】混凝土;溫度控制;防止裂縫；養(yǎng)護混凝土

        在現(xiàn)代土木工程建設中占有重要地位。但是混凝土的裂縫較為普遍，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，主要是混凝土硬化期間水泥釋放的大量水化熱，造成溫度裂縫普遍存在。因此，在混凝土施工過程中,溫度應力及溫度控制具有十分重要的意義。首先,在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫,在一定程度上影響到結構的整體性、抗?jié)B性和耐久性。其次,在運轉過程中,溫度變化對結構的應力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響,在此，我就施工中混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生原因及其控制裂縫產(chǎn)生的有效措施談幾點粗淺的認識：

　　1.形成裂縫的原因

　　混凝土澆筑后，在硬化過程中水泥水化釋放出大量水化熱，由于混凝土體積較大，大量水化熱聚積內(nèi)部不易散發(fā)，導致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱快，使混凝土結構內(nèi)外溫差較大，造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮效果不同，使表面產(chǎn)生一定的拉應力。在后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝上的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應力。當拉應力超過抗拉強度極限后，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，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、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導致裂縫。混凝土是一種脆性材料，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，其抗拉強度又是不均勻的，導致抗拉能力低，容易出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。一般設計中均要求不出現(xiàn)拉應力或者只出現(xiàn)很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)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

　　混凝土內(nèi)部溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關�；炷�土越厚，水泥用量越大，水化熱越高的水泥，其內(nèi)部溫度越高，形成的溫度應力越大，產(chǎn)生裂縫的可能性越大。

　　2.1溫度應力的形成過程可分為以下三個階段

　　2.1.1早期

　　自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30天。這個階段的兩個特征，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)形成殘余應力。

　　2.1.2中期

　　自水泥放熱作用基本結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，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。

　　2.1.3晚期

　　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。

　　2.2溫度應力引起的原因可分為兩類

　　2.2.1自生應力

　　邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結構本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應力。

　　2.2.2約束應力

　　結構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力。

　　這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。

　　3.溫度的控制和防止裂縫的措施

　　混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應小于20℃；當結構混凝土具有足夠的抗裂能力時，不大于25℃～30℃。為了防止裂縫，減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手�；炷�土溫度控制應遵循以下幾點：

　�。�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；拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。

　　（2）采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差。內(nèi)部降溫法是在混凝土內(nèi)部預埋水管，通入冷卻水，降低混凝土內(nèi)部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時就開始進行，還有常見的投毛石法，均可以有效地控制因混凝土內(nèi)外溫差而引起的混凝土開裂。

　�。�3）保溫法是在結構物外露的混凝土表面以及模板外側覆蓋保溫材料（如草袋、鋸木、濕砂等），在緩慢的散熱過程中，使混凝土獲得必要的強度，以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃。

　　（4）混凝土表層布設抗裂鋼筋網(wǎng)片，防止混凝土收縮時產(chǎn)生干裂。

　�。�5）炎熱天氣澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。

　�。�6）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)生急劇的溫度梯度。

　�。�7）施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，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）避免基礎過大起伏。

　　（3）合理的安排施工工序，避免過大的高差和側面長期暴露。

　　此外，改善混凝土的性能，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量對防止裂縫是十分重要，應特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復其結構的整體性是十分困難的，因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

　　在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。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)生過大的拉應力，具有顯著的效果。

　　加筋對大體積混凝土的溫度應力影響很小，只是對一般鋼筋混凝土有影響。在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結構內(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果較好�；炷�土和鋼筋混凝土結構的表面常常會發(fā)生干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對結構的強度和耐久性仍有一定的影響。

　　許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，為保證混凝土工程質量，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。

　　4.混凝土的早期養(yǎng)護

　　混凝土養(yǎng)護主要是保持適當?shù)臏囟群蜐穸葪l件。混凝上的保溫措施常常也有保濕的效果。保溫能減少混凝土表面的熱擴散，降低混凝土表層的溫差，防止表面裂縫�；炷�土澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養(yǎng)護，適當延長養(yǎng)護時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。在寒冷季節(jié)，在混凝土表面應設置保溫措施，以防止寒潮襲擊。保溫應達到下述要求：

　�。�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，應該盡量設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。一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設計的強度和抗裂能力。 （下轉第109頁）

　　（上接第58頁）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。

　　溫度裂縫的存在石混凝土施工中不可避免的普遍現(xiàn)象，裂縫的存在，不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的耐久性和使用功能，而且會引起鋼筋銹蝕，混凝土碳化，降低建筑材料耐久性，影響建筑物承載能力。因此，我們在施工中應充分認識到裂縫的出現(xiàn)對建筑物的危害，采取有效的預防和改善措施，不斷提高混凝土澆筑質量，滿足建筑結構安全穩(wěn)定的要求。