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浅述控制混凝土的施工温度与温度裂缝的出现

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-10  浏览次数:361
 【摘要】通过现场观察,专心探究、请教并查阅相关大体积混凝土施工温度与内部应力方面的资料,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温度裂缝的措施等进行阐述,总结出控制和预防产生温度裂缝的措施。
【关键词】大体积混凝土;温度应力;温度裂缝;控制
本道路工程位于金衢盆地西端边缘地带浙江衢州市东港工业园区,工程道路为南北向快速路,南起320国道樟潭至下张段公路改建工程连接线,即新港线与南山路交叉口(桩号K0+000),上跨新浙赣铁路,北至东迹大道(K1+295.962),全长1295.962m。工程所需混凝土采用衢州市商品混凝土厂泵送混凝土。现主要针对工程中的八个肋式桥台的承台及数十根墩柱处,大体积混凝土施工过程中,对如何有效控制大体积混凝土的温度裂缝进行浅述。尽管我们在工程施工中采取各种措施来预防,但裂缝仍然时有出现,其中主要原因之一是我们对混凝土温度应力的变化重视不够及控制措施不到位。
 在大体积混凝土施工过程中,温度控制具有重要意义。大体积混凝土主要的特点就是体积大,一般实体最小尺寸大于或等于1m,它的表面系数比较小,水泥水化热释放比较集中,内部温升比较快。当混凝土内外温差较大时,会使混凝土产生温度裂缝,影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上分析它,来保证施工的质量。在运转使用过程中,温度变化对结构的应力状态具有显著的影响,必须予以重视和加以控制。我们通常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温度裂缝的成因和处理措施做一浅述。
一、产生温度裂缝的原因
因为水泥在水化过程中要释放出一定的热量,而大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小,所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去,以至于越积越高,使内外温差增大,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土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。大体积混凝土在施工阶段,它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降,会大大增加内外层混凝土温差,这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的;温差愈大,温度应力也愈大。同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,混凝土内部的最高温度一般可达60∽65℃,并且有较长的延续时间。因此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。混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的1/10左右。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,必须予以重视和加以控制。此外,许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度往往变化较大,易于蒸发,如养护不到位,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。其实适宜的温、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。
二、产生温度应力的原因分析
1、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。水泥放出大量的水化热,这一时期在混凝土内形成残余应力。
(2)中期:自水泥放热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)后期: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叠加。
2、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,桥梁墩身,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。
三、温度的控制和防止产生温度裂缝的控制措施
温度控制就是对混凝土的浇筑温度和混凝土内部的最高温度进行人为的控制。
1、控制温度的措施如下:
(1)尽量减少单位体积混凝土的水泥用量,实验证明,水泥用量每增减10kg,水化热使温度相应升降1℃。如掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;
(2)在混凝土的各种原料中,石子的比热虽然小,但所占的重量最大。水在混凝土中的重量比例虽小,但比热最大,因此对混凝土的出机温度影响最大的是石子和水的温度,砂温度次之。所以在混凝土搅拌过程中,有条件的情况下采用深地下水搅拌的方法,使混凝土的入模温度得到有效的控制,但搅拌用水必须符合混凝土用水要求。为了降低砂、石的温度,混凝土厂家应该预先将砂、石料入库,防止日光暴晒;
(3)水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥,优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等;
(4)高温天气浇筑混凝土时,采用斜面分层,薄层浇灌(每层厚40cm)的方法,减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热; 
(5)高温天气在施工现场配置水源,整个现场的混凝土输送管道上全部用湿麻袋包裹,并经常浇水湿润以帮助散热;
(6)规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,在结构物外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料(如塑料薄膜、草袋、麻袋、锯木、湿砂等),在缓慢的散热过程中,使混凝土获得必要的强度,以控制混凝土的内外温差小于20℃,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;
(7)在寒冷季节施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面,应采取保温措施。
2、防止产生温度裂缝的控制措施
上述温度的控制措施也是防止产生温度裂缝的措施。此外还有:
(1)我们首先在材料选用和配合比上要保证符合相关规范,要符合《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)、《混凝土泵送施工技术规程》(JGJ/T10-95);
(2)注意浇灌速度,我施工单位与混凝土厂积极配合,保证商品混凝土的供应,现场设临时指挥小组,加强车辆的调度、平衡,尽量减少商品混凝土的运输时间和等待时间;
(3)采用适当的骨料粒径,优良的级配以及严格控制砂、石中的含泥量,来减少混凝土养护硬化过程中的收缩。
(4)混凝土浇筑完成后,表面用铁锹等拍结实,刮尺刮平,木蟹搓毛,待混凝土收水后再第二次用木蟹搓平,随后再用竹扫帚扫毛;(开裂接触面变大了)
(5)混凝土表面收水搓平扫毛后,即用塑料薄膜及麻袋等保温材料加以覆盖,薄膜及麻袋皆要求搭接,不使混凝土外露。(保温保湿)
此外,再做些必要说明,为防止混凝土的离析,当混凝土的自由倾落高度大于2m时,采用串桶或溜槽的方法,以免出现不均匀的薄弱部位,而易于出现裂缝。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,此时表面温度通常较气温高,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些轻型保温材料,如泡沫、海棉、塑料薄膜等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著的效果。另外,提请大家注意的是大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同,可分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝,最终形成贯穿裂缝。我们在施工中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。 
四、混凝土的早期保温保湿养护措施
 其实在实践工程中混凝土常见的裂缝,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。由于混凝土结构表面可以自然散热,实际上内部的最高温度,多数发生在浇筑后的最初3~5天,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。因此,说明混凝土的保温对防止表面早期裂缝很重要。保温保湿养护措施主要为了防止混凝土表面温、湿度的过快损失,控制混凝土中心最高温度与表面温度之差不大于25℃,使混凝土处于一个比较合理的降温速度,以免出现急剧的温差应力而造成裂缝。 
 混凝土的早期养护,主要目的在于保持适宜的温湿条件,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。这是保证混凝土强度的一道重要工序。我们施工中采用覆盖一层塑料薄膜和一层麻袋片的方法,由专人负责覆盖及洒水养护,确保7天的养护期,保证混凝土表面温度不至过快散失而产生表面裂缝,同时可使由混凝土的平均总温差所产生的拉应力小于其抗拉强度,避免产生贯穿裂缝。根据现场温度实测,将混凝土的内外温差控制在25℃以内,较好地防止了尚处在强度发展阶段的混凝土表面产生干缩裂缝。同时根据温差情况及时对混凝土表面覆盖厚度进行增减,混凝土内外温差及混凝土表面与大气温差均不得超过25℃,当发现内外温差达到25℃时,应立刻增加覆盖,当温差降到 20℃以下时可拆除部分覆盖,以加速降温,如此反复,因注意速率不大于2℃/h。我们工程中已浇注完成的大体积钢筋混凝土承台,至今已3个多月,尚未发生裂缝。
五、总结
 以上对控制混凝土的施工温度与控制温度裂缝的出现进行了初步论述,通过本次工程施工实践,以及向相关技术人员的学习,使我大体上掌握了如何有效控制大体积混凝土在施工过程中温度裂缝的出现,为今后的工作积累了一定的施工经验。大体积混凝土施工测温是必不可少的一项工作,加强混凝土表面保湿、保温来减少内外温差不超过规范的25℃是控制裂缝的有效措施。建立健全管理网络,加强科学施工,施工前编制可行的施工方案,明确分工,各负其责。严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理,是保证结构安全耐用的前提和基础。今后在具体施工中还要靠我们多观察比较,多翻阅谈论,积极发现问题、分析问题、解决问题,总结经验,才能得出更加有效的温度裂缝控制方法。
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