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混凝土的施工温度与裂缝 摘要分析了混凝土温度裂缝产生的原因,对现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施等方面进行了总结,以为混凝土在水利工程建设中的应用提供参考。 关键词混凝土;温度应力;裂缝 混凝土在水利工程建设中占有重要地位。在大体积混凝土中,温度应力及温度控制具有十分重要的意义,这主要是体现在以下两方面。首先,在施工中混凝土常常出现温度裂缝,影响到结构的整体性和耐久性。其次,在运转过程中,温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响,而经常遇到的主要是施工中的温度裂缝1。因此,该文仅对施工中混凝土裂缝的成因及其处理措施做了探讨,具体如下。 1裂缝的原因 混凝土中产生裂缝的原因有多种,但主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理、原材料不合格(如碱骨料反应)、模板变形、基础不均匀沉降等问题2。 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土的约束,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。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不均匀,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土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他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。 2温度应力的分析 2.1温度应力的形成过程 温度应力的形成过程可分为以下3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30d。这个阶段的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开始至混凝土冷却到稳定温度时为止,这个时期中,温度应力主要是由于混凝土的冷却以及外界气温的变化而引起,这些应力与早期所形成的残余应力相叠加。此期间混凝土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2种的残余应力相叠加。 2.2温度应力形成原因 温度应力形成的原因可分为两类: (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。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。 以上2种温度应力往往与混凝土的干缩所引起的应力共同作用。 3温度的控制和防止裂缝的措施 为了防止裂缝,减轻温度应力,可以从控制温度和改善约束条件2个方面着手3,4: 3.1控制温度的措施 (1)采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,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)拌合混凝土时对水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。 (3)热天浇筑混凝土时应减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热。 (4)在混凝土中埋设水管,通入冷水降温。 (5)规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。 (6)施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施。3.2改善约束条件的措施 (1)合理地分缝分块。 (2)避免基础大起大伏。 (3)合理安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露。 4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,混凝土的保温对防止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: