淺析混凝土的施工溫度與裂縫問題
關(guān)鍵詞：混凝土,溫度應(yīng)力,裂縫,控制
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，混凝土在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越廣泛。在現(xiàn)代混凝土施工中，雖然施工人員采取了各種防范措施，小心謹(jǐn)慎的施工，但仍會出現(xiàn)裂縫，關(guān)鍵原因就是施工人員對混凝土溫度應(yīng)力的變化掌握不夠準(zhǔn)確。在混凝土施工中，溫度控制對施工有著重要意義。其主要原因有二，首先，混凝土施工中常出現(xiàn)裂縫，會直接影響到混凝土的結(jié)構(gòu)和耐久性;其次，在混凝土結(jié)構(gòu)運輸過程中， 溫度的變化對結(jié)構(gòu)的影響也是不可忽視的。
一、建筑施工溫度與混凝土裂縫的基本特征
在工程施工中，溫度變化引起的裂縫主要產(chǎn)生在混合結(jié)構(gòu)的房屋建筑中，一般，屋蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板、墻體采用磚砌體，而裂縫就多發(fā)生在屋蓋現(xiàn)澆板下的磚砌體中。如果房屋的縱向裂縫超過60m，還沒有進行相對的沉降處理時，溫差裂縫就會出現(xiàn)在房屋縱向部位的兩端，中間部位通常屋裂縫或只有很輕微的裂縫，而在上述兩種情況中，如果外墻門窗的開洞過大， 裂縫也會更加明顯。裂縫多為一條細縫的狀態(tài)出現(xiàn)，寬度一般在0.2-1.5cm 內(nèi)， 嚴(yán)重時可能會出現(xiàn) 370mm 墻體裂通。
�、侔俗挚p，通常出現(xiàn)在墻體頂端的兩端的1-2個開間內(nèi)，裂縫從兩邊向中間逐漸上升， 呈對稱八字形，縱墻出現(xiàn)的機率大于橫墻。
②水平縫，該裂縫主要發(fā)生在屋蓋鋼筋混凝土圈梁底面標(biāo)高處或檐口下。
二、裂縫的原因
導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的原因有很多，但主要是溫度和濕度變化引起的，或者混凝土的硬度及結(jié)構(gòu)不合理，加上各種原材料的質(zhì)量差，模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等�；炷猎谟不陂g，水泥會釋放出大量的水化熱，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度持續(xù)升高，并在表面引起拉力。而在后期的降溫過程中，由于受到各方面原因的約束，混凝土的內(nèi)部又會出產(chǎn)生拉力。氣溫的降低會讓混凝土表面出現(xiàn)拉力，如果這種拉力已經(jīng)超過了混凝土所能承受的抗裂能力時，便會出現(xiàn)裂縫。一些混凝土內(nèi)部的溫度變化很小，可是表面的濕度變化較大， 或者出現(xiàn)一些劇烈的改變。如養(yǎng)護不周、時干時濕，由于表面的干縮遭到內(nèi)部濕度的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。溫度應(yīng)力的形成可分為以下三個階段：
(1)早期：從澆注混凝土開始到水泥釋放完水化熱，通常需要30 天的時間。而這個階段會出現(xiàn)兩個特征，首先是水泥會釋放出大量的水化熱，其次是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性的變化，這一階段在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。
(2)中期：當(dāng)水泥釋放的水化熱基本結(jié)束到混凝土冷卻直達溫度穩(wěn)定時期為止，此時的溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻以及外界的氣溫變化引起的，而這些應(yīng)力會不斷增加， 導(dǎo)致混凝土的彈性不斷變化。
(3)晚期：混凝土已經(jīng)完全冷卻到后來的搬運時期。溫度應(yīng)力主要是因為外界的氣候變化，這些應(yīng)力會與前面兩個階段的應(yīng)力重復(fù)疊加。
溫度應(yīng)力引起的原因主要有兩種：
①自生應(yīng)力：結(jié)構(gòu)上沒有任何的約束力，如果內(nèi)部的溫度是呈非線性發(fā)展的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而導(dǎo)致溫差的出現(xiàn)。
�、诩s束應(yīng)力：機構(gòu)中的一部分或者全部邊界都受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。這兩種溫度應(yīng)力通常和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。實際上，要通過溫度的變化準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小等，是一項較復(fù)雜的工作。而在大多數(shù)情況下，還是要依靠模型試驗或數(shù)值計算。
三、施工階段采取有效措施對溫度裂縫進行控制
3.1 溫度控制措施
為了減少由于溫度變化而產(chǎn)生的裂縫，施工單位應(yīng)改善骨料級配，使用硬度較強的混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑，這些措施可以有效減少混凝土中的用水量;同時，在攪拌混凝土的同時加水或用水將碎石冷卻，可以降低混凝土澆筑的溫度。此時，還要為混凝土的散熱提供條件，夏天澆筑混凝土?xí)r可以適當(dāng)減少澆筑的厚度，通過建筑層面來降溫;對于體積較大的混凝土，應(yīng)在混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)埋水管，通入冷水降溫;按照規(guī)定的時間拆模，當(dāng)氣溫驟降時還要對表面進行保溫，預(yù)防表面溫度巨變而發(fā)生的溫差裂縫;而對于長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在低溫季節(jié)仍然要進行保溫措施。
3.2 約束條件改善措施
在工程建設(shè)中，混凝土結(jié)構(gòu)澆筑要合理的分塊施工，以免基礎(chǔ)起伏過大;同時要科學(xué)的安排工序。在施工過程中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，通常要求新澆筑的混凝土做早期拆模。而當(dāng)混凝土的溫度高于氣溫時，才應(yīng)考慮拆模，這樣才能預(yù)防混凝土出現(xiàn)溫差裂縫。新澆筑早期拆模，會在表面形成較大的拉力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑的初期，水泥灰釋放出較多的水化熱，表面的拉力較大，由于其表面的溫度比氣溫要高，一旦拆除模板，混凝土表面的穩(wěn)定就會驟降，因此造成溫度梯度，表面的一些拉力與水化熱應(yīng)力疊加，加上混凝土的干縮，表面的拉應(yīng)力達到很大的數(shù)值，極有可能造成危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料， 如泡沫海綿等，就能預(yù)防巨大拉力的產(chǎn)生，其效果明顯。
3.3 摻入外加劑
木質(zhì)素磺酸鈣屬陰離子表面活性劑，對于水泥顆粒的分散效果較好， 還能降低水的張力，而引起加氣作用。因此， 如果在水泥中混入0.25%的木鈣減水劑(即木質(zhì)素磺酸鈣)，其混凝土的和易性能有明顯的改善，還能較少約10%左右的拌合水， 節(jié)約 l0%左右的水泥，以此而降低水化熱。
3.4 混凝土的早期養(yǎng)護
施工實踐證明，混凝土的裂縫多是不同深度的表面裂縫， 主要原因是溫度梯度造成的。所以，對混凝土的保溫及降低溫度差異尤其重要。
從溫度應(yīng)力觀點出發(fā)，保溫需要達到下述要求：
(1)良好的預(yù)防混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，避免出現(xiàn)表面裂縫。
(2)防止混凝土超冷，采取一切措施使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度。
(3)防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。
對于混凝土的早期養(yǎng)護，其關(guān)鍵目的就是為了保證混凝土表面有適宜的溫濕條件，以便實現(xiàn)兩方面的效果：首先，可以保證混凝土不受溫差、濕度變形的侵襲，預(yù)防有危害的冷縮和干縮。還能促進水泥水化的正常運行，已達到與其的設(shè)計強度和抗裂能力。良好的溫度條件是互相互作用的，在對混凝土保溫的同時也是對其進行保濕。
從理論上分析，新澆混凝土中所含有的水分已經(jīng)可以滿足水泥水化的要求，甚至還會有剩余。但是由于蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土表面的水分流失，從而推遲或防礙水泥的水化，混凝土的表面最容易受到這些因素的影響。因此，混凝土澆筑完成后的最初幾天是養(yǎng)護的重要時期在在施工中應(yīng)得到重視和關(guān)注。
四、結(jié)束語
總而言之，對于混凝土在施工過程中的溫度與裂縫之間的關(guān)系進行了分析和討論，雖然學(xué)術(shù)界對于混凝土裂縫的成因和計算方法都有不同的見解，但在具體的預(yù)防和改善措施方面的意見還是相對統(tǒng)一的，同時，在實踐中的使用效果也較好，但是，在施工過程中，我們還是要多觀察，多比較，多總結(jié)，找出問題，并對具體問題進行具體分析，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，預(yù)防或減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。
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