混凝土温度裂缝成因

更新时间:2024-03-13 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:32537 浏览:154458

摘 要 通过多年的现场观察,通过查阅有关混凝土内部应力方面的专著,对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 混凝土,温度应力,裂缝,控制

中图分类号TU755.7文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)042-0048-01

混凝土在现代工程建设中占有重要地位.而在今天,混凝土的裂缝较为普遍,特别是大体积混凝土工程.如:桥梁工程、地铁站工程、大型设备基础工程、高层建筑物基础工程等,我们遇到的主要是施工中的温度裂缝,因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨.

1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,模板变形,基础不均匀沉降等.

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上的约束,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,抗拉强度是抗压强度的1/10左右,短期和长期加荷时的极限拉伸变形分别只有(0.6-1.0)×104和(1.2-2.0)×104.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:

1)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.

2)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.


3)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.

3温度的控制和防止裂缝的措施

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.

控制温度的措施如下:

1)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,

2)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,

3)热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热,

4)在混凝土中埋设水管,通入冷水降温,

5)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,

6)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.

改善约束条件的措施是:

1)合理地分缝分块,

2)避免基础过大起伏,

3)合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露.

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.新浇筑的混凝土早期拆模,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,从而在表面附加一拉应力,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一轻型保温材料,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.为保证混凝土工程质量,防止开裂,提高混凝土的耐久性,正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一.

使用减水防裂剂,在实践中总结出其主要作用为:

1)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.这个表面张力理论早在六十年代就已被国际上所确认.

2)水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%.

3)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.

4)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.

5)提高水泥浆与骨料的粘结力,提高的混凝土抗裂性能.

6)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.

7)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.

8)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.

4混凝土的早期养护

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的,寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝.因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要.

从温度应力观点出发,保温应达到下述要求:

1)防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度,防止表面裂缝.

2)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.

3)防止老混凝土过冷,以减少新老混凝土间的约束.

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,虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论,但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一,同时在实践中的应用效果也是比较好的,具体施工中要靠我们多观察、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.