论文部分内容阅读
摘要：加强水利工程施工中大体积混凝土抗裂技术的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对水利工程施工中大体积混凝土抗裂技术进行了研究，具有重要的参考意义。
关键词：大体积混凝土；温度应力；裂缝；控制
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
大体积混凝土产生裂缝现象十分普遍，而水利工程对混凝土的裂缝往往要求更为严格，所以产生裂缝则严重的影响到工程的后期使用。尽管在施工中采取各种措施，严格控制，但裂缝仍不可避免。这主要是因为温度导致及内部应力等所致，因此本文仅对水利工程施工中混凝土裂缝的成因和处理方法进行论述。现就南水北调中线总干渠与青兰高速连接线交叉工程作为实例，从裂缝产生的详细原因、应力分析及施工过程中的预防措施和后期养护作简要论述关于水利工程大体积混凝土在施工过程中的裂缝预防方法。
1、裂缝产生原因
就本工程和以往工程当中混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化。比如本工程混凝土在浇筑前后的温度急剧变化及浇注后的雨水冲刷，都对后期混凝土产生裂缝造成一定的影响，我方在施工过程中采取了严格的防护措施使之将产生裂缝的可能性大大降低，混凝土的脆性和不均匀性，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形（在施工过程中我们对模板进行了详细的计算），基础不均匀沉降等。
在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變化较慢，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。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，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
（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。
根据温度应力引起的原因可分为两类：
（1）自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，渡槽承台，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。
（2）约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。
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。
要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响，具体计算这里就不再细述。
3、水利工程大体积混凝土防止裂缝的措施
（1）采用分层浇注以便散热；
（2）降低混凝土的浇筑温度；
（3）采用添加外加剂等措施以减少水泥用量；
（4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；
（5）合理地分缝分块；
（6）合理的安排施工工序，避免大体积混凝土表面长期暴露；
（7）浇筑过程质量控制。混凝土浇筑前，施工人员应对浇筑部位进行检查，检查内容包括：模板、钢筋、止水、预埋件和观测仪器等设施埋设和安装，混凝土浇筑期间的气候、温度是否合适，运输能否保证。只有以上工作均做好后方可进行浇筑，在浇筑时并安排好施工顺序，保证分区、分层混凝土在初凝之前搭接。
（8）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，此时表面温度较气温高，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轻型保温材料，如泡沫海绵等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。
结束语在大体积混凝土结构中，由外荷载引起裂缝的可能性较小，但水泥水化过程中释放水化热而引起的温度变化，混凝土收缩产生温度应力和收缩应力，是导致裂缝产生的主要因素。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，因此控制温度应力和温度变形裂缝，是大体积混凝土结构施工中的一个重点，也是值得探讨的施工技术问题。对于大体积混凝土的施工，我国尚无严格的规定，但目前这类施工一般要求控制混凝土内外温差在规定限值25℃以内。在本工程渡槽承台的施工中，我们着重抓住对降低混凝土水化热这一关键因素的控制，并在以往施工经验的基础上，结合现场条件做好事前、事中的施工控制，通过上述一系列措施的落实，避免了裂缝的产生，达到了预期的目的。
【参考文献】
[1] 李潘武，李慧民。 大体积混凝土温度构造钢筋的配置[J]四川建筑科学研究，2005， (02)。
[2] 刘海成，宋玉普，吴智敏。 考虑温度影响的大体积混凝土应力场分析方法[J]大连理工大学学报，2005，(01) 。
[3] 唐杰锋，吴胜兴。 大体积混凝土施工期温度场的仿真计算与监测[J]工程质量， 2002，(07)。
关键词：大体积混凝土；温度应力；裂缝；控制
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
大体积混凝土产生裂缝现象十分普遍，而水利工程对混凝土的裂缝往往要求更为严格，所以产生裂缝则严重的影响到工程的后期使用。尽管在施工中采取各种措施，严格控制，但裂缝仍不可避免。这主要是因为温度导致及内部应力等所致，因此本文仅对水利工程施工中混凝土裂缝的成因和处理方法进行论述。现就南水北调中线总干渠与青兰高速连接线交叉工程作为实例，从裂缝产生的详细原因、应力分析及施工过程中的预防措施和后期养护作简要论述关于水利工程大体积混凝土在施工过程中的裂缝预防方法。
1、裂缝产生原因
就本工程和以往工程当中混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化。比如本工程混凝土在浇筑前后的温度急剧变化及浇注后的雨水冲刷，都对后期混凝土产生裂缝造成一定的影响，我方在施工过程中采取了严格的防护措施使之将产生裂缝的可能性大大降低，混凝土的脆性和不均匀性，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形（在施工过程中我们对模板进行了详细的计算），基础不均匀沉降等。
在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變化较慢，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。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，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
（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。
根据温度应力引起的原因可分为两类：
（1）自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，渡槽承台，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。
（2）约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。
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。
要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响，具体计算这里就不再细述。
3、水利工程大体积混凝土防止裂缝的措施
（1）采用分层浇注以便散热；
（2）降低混凝土的浇筑温度；
（3）采用添加外加剂等措施以减少水泥用量；
（4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；
（5）合理地分缝分块；
（6）合理的安排施工工序，避免大体积混凝土表面长期暴露；
（7）浇筑过程质量控制。混凝土浇筑前，施工人员应对浇筑部位进行检查，检查内容包括：模板、钢筋、止水、预埋件和观测仪器等设施埋设和安装，混凝土浇筑期间的气候、温度是否合适，运输能否保证。只有以上工作均做好后方可进行浇筑，在浇筑时并安排好施工顺序，保证分区、分层混凝土在初凝之前搭接。
（8）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，此时表面温度较气温高，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轻型保温材料，如泡沫海绵等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。
结束语在大体积混凝土结构中，由外荷载引起裂缝的可能性较小，但水泥水化过程中释放水化热而引起的温度变化，混凝土收缩产生温度应力和收缩应力，是导致裂缝产生的主要因素。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，因此控制温度应力和温度变形裂缝，是大体积混凝土结构施工中的一个重点，也是值得探讨的施工技术问题。对于大体积混凝土的施工，我国尚无严格的规定，但目前这类施工一般要求控制混凝土内外温差在规定限值25℃以内。在本工程渡槽承台的施工中，我们着重抓住对降低混凝土水化热这一关键因素的控制，并在以往施工经验的基础上，结合现场条件做好事前、事中的施工控制，通过上述一系列措施的落实，避免了裂缝的产生，达到了预期的目的。
【参考文献】
[1] 李潘武，李慧民。 大体积混凝土温度构造钢筋的配置[J]四川建筑科学研究，2005， (02)。
[2] 刘海成，宋玉普，吴智敏。 考虑温度影响的大体积混凝土应力场分析方法[J]大连理工大学学报，2005，(01) 。
[3] 唐杰锋，吴胜兴。 大体积混凝土施工期温度场的仿真计算与监测[J]工程质量， 2002，(07)。