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大体积混凝土温度裂缝产生的原因及控制措施

作者:双核期刊发表网; 更新时间:2018-04-18
摘要:一直以来,大体积混凝土被广泛应用于水工结构中,随着现代经济的发展,大体积混凝土也越来越多地被应用于建筑工程领域中,虽然大体积混凝土的研究已日趋成熟,但是对于由于水泥水化热引起的温度变化所造成的大体积混凝土的温度裂缝的研究却不够全面。本文从大体积混凝土的概念入手,分析了大体积混凝土温度裂缝产生的原因,并提出了控制措施。

关键字:大体积混凝土 温度裂缝 控制措施

  1. 引言

    近十多年来,随着我国改革开放政策的不断深化,国民经济的迅速发展,综合国力的不断增强,全国各地高层建筑不断涌现,大体积混凝土的使用也随之增多,比如高层建筑的地下室混凝土底板以及某些大型设备的基础承台等都是有大体积混凝土浇筑而成。所谓大体积混凝土,美国混凝土学会给它的定义是:“任何就地浇筑的大体积混凝土,其尺寸之大,必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题,以最大限度减少开裂”;而日本建筑学会标准(JASS5)的定义是:“结构断面最小尺寸在80厘米以上,同时水化热引起的混凝土内最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土称之为大体积混凝土”。综上所述,大体积混凝土系指:构件及结构的规格尺寸,要求必须采取相应的措施,妥善处理温差、沉降、干缩等的变化,正确合理地减少或消除变形变化所引起的内应力,且必须把裂缝开展控制到最小程度的现浇混凝土。由上述定义,我们可以看出,大体积混凝土结构在施工中容易产生裂缝,如武汉某大型箱体基础,全长686米,设计上未留伸缩缝。结果其主电室地下室范围共出现裂缝76条,裂缝宽度有的达8毫米。因此,近些年来,大体积混凝土的裂缝问题越来越受到人们的重视,人们迫切需要探究裂缝产生的原因并积极寻求能有效防止裂缝的措施。

    2、大体积混凝土温度裂缝产生的原因

    造成大体积混凝土出现裂缝的因素是多方面的,但工程实践表明,温度变化是最重要的因素,这些裂缝轻者会影响结构的外观及正常使用,重者导致结构承载能力下降,并可能造成严重的工程事故。

    我们都知道混凝土的强度之所以随着时间的增长而增长,是因为水泥水化反应是一个放热反应,此放热反应早期较快,后期较慢,而混凝土又处于大气环境中,与大气环境有热交换。因此,随着龄期的增长,大体积混凝土中的温度在不断变化,温度变化可以分为:升温阶段、降温阶段和稳定阶段,如下图1-1所示,


    温度

     




    时间

     
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    最高温度

     


    稳定温度

     




    浇筑温度


    大体积混凝土工程,水泥用量多,结构截面大,因此,混凝土浇筑以后,水泥放出大量水化热,混凝土温度升高。由于混凝土导热不良,体积过大,相对散热较小。因此,混凝土内部水化热积聚不易散发,外部则散热较快。升温阶段,混凝土表面温度总是低于内部温度。依据热胀冷缩原理,中心部分混凝土膨胀的速度要比表面混凝土快,中心部分与表面质点间形成相互约束,中心属于约束膨胀,相向变形,不会开裂;表面属于约束收缩,背向变形,当表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度,混凝土表面就产生裂缝。在升温阶段,混凝土未充分硬化,弹性模量大,徐变影响较大,因此,拉应力很小,只能引起混凝土的表面裂缝。随着水泥水化反应的减慢及混凝土的不断散热,大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段。温度降低,体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发,降温阶段,混凝土表面温度与中心温度仍然存在差值,如果过大,同升温阶段一样产生表面裂缝。总的降温过程,混凝土体积收缩,同时,考虑到边界条件和地基的约束,属于约束收缩,背向变形。但此时,混凝土龄期增长,强度增大,弹性模量增高,徐变影响减小。因此,降温收缩产生的拉应力较大,除了抵消升温时产生的压应力外,在混凝土中形成了较高的拉应力,一旦超过混凝土的抗拉强度,就会在混凝土中产生贯穿整个截面的裂缝,使结构的抗渗性、整体性、耐久性等性能严重降低,带来严重的后果。另外,大体积混凝土还会因为内部散热慢而温度较高,表面部分散热快而温度较低,使混凝土内部与表面之间收缩值相差过大,产生过大的表面拉应力,使混凝土表面产生裂缝。如果混凝土浇筑时,外界环境气温高,混凝土的浇筑温度也高,当遇到气温骤降时,混凝土温度梯度太大,则裂缝更容易产生。

    3、大体积混凝土温度裂缝的控制措施 pagebreak

    随着材料科学的发展和施工技术的进步,现场大体积的混凝土施工积累了不少经验,根据温度裂缝产生的原因,采取适当的措施进行预防要比事后补救有效的多,因此,在施工前应制订相应的技术措施,防止和控制温度裂缝,确保工程质量。

    3.1合理选择原材料,优化混凝土配合比

    混凝土的设计强度等级的确定主要取决于使用上的要求,一般不加以变动,通过提高混凝土的强度等级来提高抗裂性能的做法往往是得不偿失的。因为强度等级提高必然要增加水泥用量,使水化热温升提高,温度应力增大。因此优化配合比设计的目的是尽量降低混凝土的“热强比”(热量与强度的比值)。“热强比”越低,对抗裂就越有利。为了降低混凝土的“热强比”,一方面要采用中低热水泥用量并减少水泥用量,从而减少水化热;另一方面要控制水灰比,减少混凝土内孔隙体积,同时改善骨料级配,选用优质骨料,使混凝土更密实,从而提高混凝土强度。此外,水灰比减小,对控制混凝土自身收缩量、提高混凝土的极限拉伸也是非常有利的。因而应当先选择既可减小水灰比又能提高和易性的高效减水剂,以及能补偿收缩的微膨胀剂。

    3.2选择合适的结构形式和合理的分缝分块

    当长宽比一定时,大体积混凝土随着厚度的增加,温度最大值、温差最大值都随之增加,各最大值出现的时间也相应延后。而当长度厚度一定,增加其宽度时,温度最大值反而降了一些,但温差还是增加了,但较增加厚度而言,其温差增加值还是较低,所以,从降低大体积混凝土浇筑块的温升、控制混凝土的裂缝、降低地基约束、控制混凝土浇筑块体的温度及便于大体积混凝土施工的角度出发,对基础的结构棍凝土的强度等级、结构配筋、基础底面滑动及变形缝、施工缝的设置提出要求,因此要选择合理的结构形式和分缝分块。例如:为了防止底板和墙板、墙板和墙板每个施工流水段三间约束应力的作用引起裂缝,以及防止墙板施工区段出现边缘效应引起的上宽下窄的裂缝,可在这些薄弱部位增大含筋率,以提高混凝土极限拉伸值,控制裂缝的展开。

    3.3加强混凝土的养护

    混凝土浇筑后,不宜过早拆模,利用模板防止混凝土水分的快速散发,待混凝土具备一定强度再拆模。拆模后,应尽快回填土,土是混凝土最好的养护材料之一。目前这是混凝土保温保湿养护的最有效方法,对预防裂缝是非常有益的。对上表面采用蓄水法保温,保湿养护,在混凝土施工期间可通入冷却循环水,以便加快大体积混凝土内部热量的散发,也可以采用塑料薄膜、草帘、麻袋进行覆盖养护。对混凝土采用内散外蓄综合养护措施,可有效降低混凝土的温升值,且可大大缩短养护周期,对于超厚大体积混凝土施工尤其适用。

    3.4加强混凝土的温度监测工作

    温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节,也是防止温度裂缝的关键。而在引起裂缝产生的诸多因素中,混凝土水化热和外界气温造成的构件内部温度应力是一个很主要的因素,为了控制裂缝的产生,这不仅要在混凝土成型之后,对混凝土的内部温度进行监测,而且应在一开始,就对原材料、混凝土拌和,入模和浇筑温度进行系统的实测。测温的办法可以采用先进的测温方法,比如温度传感器联电子计算机的全自动测温方法;如有经验也可采用传统的简易测温方法。这些经验与监测工作会给施工组织者及时提供信息反映大体积混凝土浇筑块体内温度变化的实际情况及所采取的施工技术措施效果,为施工组织者在施工过程中及时准确采取温控对策提供科学依据,实现情报化施工。

    4、结语

    通过上述总结,我们可以看出,大体积混凝土温度裂缝产生的原因较为复杂多样,这就要求我们不但应着重从控制温升,延缓降温速率,减少混凝土收缩,提高混凝土极限拉伸和设计构造等方面采取措施,还要求我们在平时的施工过程中要认真部署,精心组织施工,编制好切实可行的施工组织方案和合理周密的技术措施,充分重视工艺流程,采取全过程温度监测,加强施工质量意识和管理,密切抓好施工过程中的每一个环节,防止混凝土温度裂缝的产生,确保工程质量。

    参考文献:

  1. 高勇明.大体积混凝土温度裂缝控制技术的探讨.西部探矿工程.2006年第6期

  2. 张玉祥.浅谈大体积混凝土的温度裂缝.太原城市职业技术学院学报.2005年第6期

  3. 陈辉,韩芳垣.大体积混凝土温度裂缝的成因分析及控制措施.混凝土.2006年第2期

  4. 梁彩风.浅析大体积混凝土裂缝的形成与控制.山西建筑.2006年第6期

  5. 周昕,许士群,张秀兰.混凝土框架梁带扩展性有限约束收缩裂缝的处理.西部探矿工程.2006年第5期

  6. 路俊杰.承台大体积混凝土裂缝产生原因与防治.西南公路.2006年第1期

 

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