探讨混凝土的施工温度与裂缝问题

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  摘要:随着经济社会的不断发展,我国的工程建设数量不断增加,在工程建设过程中,混凝土的使用量越来越多,其出现的问题对整体工程的影响也越来越大。本文浅要的分析了混凝土的施工温度和裂缝的防治措施。希望对广大同行有所指导和帮助。
  关键词:混凝土;施工温度;裂缝防治
  中图分类号:TV331文献标识码: A
  一、混凝土施工温度与裂缝因素分析
  (1)、日照
  由于近年来臭氧层的破坏越来越严重,温度越来越高,桥面板以及桥墩侧面遭到太阳曝晒后,温度差较大,并且温度分布不均匀,由于自身的约束作用,从而导致局部挣应力较大,进而产生裂缝。日照以及骤然降温是造成结构温度裂缝产生的最常见因素。
  (2)、骤然降温
  由于混凝土的内部温度变化缓慢,当外部环境温度下降较快时,会产生较大的内外温差,进而造成裂缝的产生,外部环境温度的下降的情况有日落、人工降雨、冷空气侵袭等等,都将产生较大的内外温差,这就需要在计算骤然降温内力时,要参考实际案例。
  (3)、温度应力分析
  产生温度裂缝的主要原因是在于温度应力的产生,温度应力的产生分为三个阶段,分别是早期开始浇筑混凝土到水泥放热基本结束、中期水泥放热结束到混凝土冷却到稳定温度以及晚期混凝土完全冷却后的运转时期。其中,早期具有两个特点,即水泥放出大量的热以及混凝土弹性模量发生剧烈的变化,弹性模量的改变导致混凝土内会形成残余应力。而中期的温度应力主要来源于混凝土的冷却以及外界环境的变化造成的,再此期间弹性模量的变化不大。晚期的温度应力主要是有外界温度变化所造成的,三个阶段的应力相互叠加从而造成温度裂缝。
  自生应力以及约束应力是形成温度应力的主要两个方面,自生应力是边界上没有任何约束的结构。因为混凝土内部温度分布是非线性的,导致结构本身相互约束从而产生温度应力。约束应力则是结构的边界受到外界的约束,导致不能自由变形所形成的应力。两种温度应力往往与混凝土干缩引起的应力共同作用造成温度裂缝。而根据温度对混凝土进行温度应力分布的分析以及大小的计算是一项非常复杂的工作,不仅需要模型实验,还需要大量的实践经验,这就需要施工人员以及设计人员具有良好的知识理念以及负责任的态度,来保障工程的质量。
  (4)、水化热
  水化热一般出现在施工过程中和养护阶段,混凝土在浇筑以及初期养护过程中,由于水泥水化过程会发生反应并且产生大量的热,从而导致内部温度很高,而混凝土的导热性不是十分良好,这就造成内外温差较大,进而导致裂缝的产生。为此需要在施工或者保养过程中,能够控制内外温差在25℃。这就需要我们在实际施工中,选择水化热低的水泥产品,减小内外温度差异,并且缓慢降温,切记不可骤然降温,必要时可以采用薄膜连续浇筑的施工方法从而加快散热,即保证了水泥内外温度的差异较小,还能够保障水泥内部的结构的稳定性。
  二、混凝土的施工温度与裂缝防治措施
  (1)、温度控制
  首先可以合理改善骨料级配,采用加塑化剂、引气剂或干硬性混凝土掺混合料的方法来减少混凝土中水泥的用量。其次,拌和混凝土时加水或利用水来给粗料、骨料冷却进而能够降低混凝土浇筑时的温度。再者就是,在天气较热时,浇筑混凝土时应该采用分层或者分段分层的方式进行浇筑混凝土,使其能够较好的散热,减少混凝土的形变。除此之外,在混凝土中铺设水管,进而通入冷水以达到降温的目的;对于气温骤降时进行表面保温处理,防止混凝土表面发生较大的温度梯度,进而减少了温度裂缝的产生;对于施工过程中长期暴露的混凝土浇筑块在寒冷的冬季采取保温措施。
  (2)、避免干缩裂缝
  在混凝土施工中,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,与水化热应力叠加,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。加筋对大体积混凝土的溫度应力影响很小,因为大体积混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下,钢筋的各项性能是稳定的,而与应力状态、时间及温度无关。钢筋的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小,在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢筋的弹性模量为混凝土弹性模量的7~15倍,当混凝土内应力达到抗拉强度而开裂时,钢筋的应力将不超过100~200kg/cm2,因此,在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距短时,对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝,其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅,但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。
  (3)、使用减水防裂剂
  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。例如使用减水防裂剂,笔者在实践中总结出其主要作用为: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20世纪60年代就已被国际上所确认;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%;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;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;高水泥浆与骨料的粘结力,提高的混凝土抗裂性能;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。减水防裂剂可有效地提高的混凝土抗拉强度,大幅提高混凝土的抗裂性能;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;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;外加剂混凝土和易性好,表面易抹平,形成微膜,减少水分蒸发,减少干燥收缩。
  (4)、加强混凝土的养护
  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,寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。因此混凝土的保温对防治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。
  混凝土早期养护的主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到两个方面的效果,一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭,防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力。
  适宜的温、湿度条件是相互关联的。混凝土的保温措施常常也有保湿的效果。从理论上分析,新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求,但由于蒸发等原因常引起水分损失,从而推迟或防碍水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期,在施工中应切实重视起来。
  三、结束语
  综上所述,随着现阶段工程建设的迅速发展,减少混凝土裂缝的出现频率是急需我们解决的问题。在具体的施工过程中,只要多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,从而有效的避免混凝土裂缝现象的产生。
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