浅谈大体积混凝土的施工温度与裂缝

2022-09-11

1 温度裂缝产生的原因

1.1 水泥水化热

水泥水化过程中放出大量的热, 且主要集中在浇筑后的7d左右, 大量的水泥水华热使混凝土内部升高, 在表面引起拉应力;后期在降温过程中, 由于受到基础或表面已经凝固的混凝土的约束, 因降温收缩的砼又会在混凝土内部引起拉应力, 尤其对于大体积混凝土来讲, 混凝土内部和表面的散热条件不同, 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, 这种内外温差巨大的现象更加严重, 当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

1.2 混凝土的收缩

混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下这种自发变形不会产生应力, 但在受到外部约束时 (支承条件、钢筋等) , 变形受限, 在混凝土中产生拉应力, 使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化, 后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

1.3 外界气温湿度变化的影响

浇筑温度与外界气温有着直接关系, 外界气温愈高, 混凝土的浇筑温度也就会愈高;如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快, 会造成很大的温度应力, 极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响, 外界的湿度降低会加速混凝土的干缩, 也会导致混凝土裂缝的产生。

2 温度的控制和防止裂缝的措施

2.1 从设计方面, 对大体积砼进行设计优化

(1) 改善约束条件, 减少由于砼自身原因引起的裂缝, 在工程结构设计中要特别注意降低大体积结构的约束度。例如:合理地分缝分块;避免基础过大起伏等。 (2) 裂缝易发生部位加强构造措施:如孔洞周围以及转角处布置一些斜筋, 从而让钢筋代替混凝土承担拉应力, 这样可以有效的控制裂缝的发展。 (3) 对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值, 因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。 (4) 在设计中利用中低强度底水泥充分利用混凝土的后期强度。

2.2 从材料方面, 合理的选用热量低、放热

慢的材料, 并结合外加剂的使用, 是控制裂缝的重要措施

(1) 合理的选用水泥, 减少用量;减少水泥水化过程中释放的热量, 降低砼内温度梯度, 是控制温度裂缝的重要措施, 因此, 对于大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种, 而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同, 水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙 (C3A) , 其他成分依次为硅酸三钙 (C3S) 、硅酸二钙 (C2S) 和铁铝酸四钙 (C4AF) ;另外, 水泥越细发热速率越快, 但是不影响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥等低热水泥。 (2) 掺加外加料和外加剂;粉煤灰作为一种常见的外加料, 可以增加混凝土的密实度, 减少水泥用量, 提高抗渗能力, 改善混凝土的工作度, 降低最终收缩值, 能大幅降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升, 防止结构出现温度裂缝, 是防治混凝土温度裂缝的最有效的方法之一。 (3) 骨料控制;科学设计配合比, 在保证强度的前提下, 选取粒径大强度高级配好的骨料, 确定适且的水灰比、水泥用量、砂率, 不宜过多增加水泥用量, 坍落度不宜过大, 这样可以获得较小的空隙率及表面积, 从而减少水泥的用量, 降低水化热, 减少干缩, 减小了混凝土裂缝的开展。

2.3 制定合理的施工方案, 加强施工管理

(1) 合理的安排施工工序, 避免过大的高差和侧面长期暴露, 调整施工进度, 避免在夏季或冬季的极端气候时段进行混凝土施工;热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度, 利用浇筑层面散热。 (2) 严格遵守实验室签发的配料单进行配料, 水、水泥、砂、石子均应以重量计, 不得以车、锨数计量。称量偏差控制在允许偏差范围内。拌和程序和拌和时间应通过试验决定, 并严格控制。 (3) 夏季施工应注意降低混凝土浇筑温度。降低混凝土浇筑温度应从降低混凝土出机口温度, 减少运输和仓面的温度回升两方面入手。 (4) 冬季施工应注意混凝土保温, 规定合理的拆模时间, 气温骤降时进行表面保温, 施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构, 也需采取采取保温措施, 以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。 (5) 浇筑仓面控制。混凝土裂缝最先出现在混凝土的薄弱部位, 所以应最大限度地减少薄弱部位出现。 (6) 二次抹压。混凝土浇筑完毕, 抹压成型。在混凝土初凝前进行二次抹压, 消除因混凝土干缩。塑性收缩产生表面裂缝, 以增加表面混凝土密实度。二次抹压对消除以上原因产生的混凝土表面裂缝效果显著。

2.4 养护和表面保护

(1) 加强混凝土的早期养护, 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。 (2) 注意混凝土的后期养护, 当混凝土温度高于气温时应适当考虑推迟拆模时间, 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。冬季浇筑混凝土拆模时间不宜过短, 一般在5d左右, 拆模后应立即对混凝土面进行保温, 防止混凝土突然暴露在寒冷的空气中产生温度裂缝。

3 结语

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。

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