混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫成因分析及防治措施
關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu),溫度裂縫,成因
引言：混凝土在凝結(jié)硬化過程中，由于水泥釋放大量的水化熱，在表面和內(nèi)部先后出現(xiàn)較大的溫差變化而引起拉應(yīng)力;外部氣溫驟降也會(huì)在混凝土表面引起較大的拉應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)即會(huì)出現(xiàn)裂縫。
一、溫度裂縫產(chǎn)生的原因
1、水泥的水化熱
水泥水化過程中所釋放出的熱量，會(huì)引起結(jié)構(gòu)物20℃～30℃的升溫，這些熱量聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部，其溫升隨結(jié)構(gòu)物的厚度增加而加大。無論混凝土在溫升階段，還是溫降階段，因內(nèi)部水化熱不易散失，所以結(jié)構(gòu)物中心溫度總是高于混凝土表面溫度。此外，混凝土內(nèi)外散熱速度的不同，使得結(jié)構(gòu)物中心混凝土的膨脹速率大于表面，在內(nèi)部壓應(yīng)力、表面拉應(yīng)力作用下，當(dāng)溫度梯度達(dá)到一定程度時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。
2、氣溫變化影響
混凝土施工階段，受外界氣溫變化影響較大，特別是外界溫度下降或驟降，大大增加了混凝土內(nèi)外部混凝土的溫度梯度，此溫差變形與溫度應(yīng)力成正比，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大，混凝土發(fā)生裂縫的幾率就越大。
3、混凝土的收縮變形
理論上，混凝土凝固過程中約有80%的水分將被蒸發(fā)，水分的蒸發(fā)過程會(huì)引起混凝土體積的收縮，這種收縮變形一旦受到約束條件的限制和影響，就會(huì)引起混凝土結(jié)構(gòu)物的開裂。
二、溫度應(yīng)力分析
1、根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段：
1.1早期
自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。
1.2中期
自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。
1.3晚期
混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。
2、根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：
2.1自生應(yīng)力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如，橋梁墩身，結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，混凝土冷卻時(shí)表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。
2.2約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱粱頂扳混凝土和護(hù)欄混凝土。
這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。
三、實(shí)際工程操作中防治溫度裂縫的幾大措施
1、設(shè)計(jì)方面
1.1根據(jù)實(shí)際情況采取合理的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分塊、分層和分時(shí)段的澆筑形式，應(yīng)對各分層之間混凝土澆筑的時(shí)間提出要求，保證每層表面水化熱的散發(fā)，盡量降低約束作用。應(yīng)根據(jù)溫度裂縫的要求分塊設(shè)置水平施工縫，并設(shè)置合理的連接方式。
1.2設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用強(qiáng)度等級在C20～C35的低強(qiáng)度混凝土。由于高強(qiáng)混凝土呈現(xiàn)“脆性”易產(chǎn)生裂縫，而且工程造價(jià)較高，所以應(yīng)避免采用水化熱較高的高強(qiáng)度混凝土。
1.3進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對分布鋼筋進(jìn)行合理設(shè)置，盡量采用小直徑鋼筋、采取密間距布置等對降低混凝土裂縫有較好效果的配筋方式，以減少裂縫出現(xiàn)的程度及概率。
2、原材料的選擇方面
2.1水泥的選擇
水泥的水化熱，直接影響混凝土的溫升。因此在保證建筑物設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下，應(yīng)選用低熱或者中熱的C3S及C3A等水泥，并宜對低礦碴、火山灰質(zhì)等水泥優(yōu)先選用。并應(yīng)按照《水泥水化熱試驗(yàn)方法(直接法)》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對所選定的水泥進(jìn)行水化熱測定。
2.2粗、細(xì)骨料的選擇
a) 為達(dá)到設(shè)計(jì)要求,同時(shí)又能發(fā)揮水泥的有效作用，應(yīng)優(yōu)先選用自然連續(xù)級配的粗骨料，因其配制的混凝土所具有的較好的和易性，可有效減少水泥用量，并達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度。
b) 由于采用碎石拌制的混凝土，其強(qiáng)度較高，并具有良好的抗裂性能，所以選擇粗骨料時(shí)，宜優(yōu)先選用碎石。
c) 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)選用中粗砂做細(xì)骨料時(shí)，可減少混凝土水泥用量，而水泥用量的減少，有利于降低絕熱溫升，所以，宜采用中粗砂做細(xì)骨料。
d) 粗、細(xì)骨料均應(yīng)對含泥量進(jìn)行嚴(yán)格控制，因?yàn)楹嗔恳坏┏瑯?biāo)，混凝土的收縮性會(huì)大幅度提高，而抗拉強(qiáng)度大大下降，加劇了混凝土的溫度裂縫。
3、施工方面
3.1控制混凝土的出機(jī)溫度
為有效降低混凝土的出機(jī)溫度，可采取降低石子溫度的方法，如夏日氣溫較高時(shí)，為防止太陽熱能的聚集，可在砂、石堆施工現(xiàn)場搭設(shè)遮陽設(shè)施，或采取向骨料噴射水霧和冷水沖洗骨料等方式降低混凝土的出機(jī)溫度。
3.2降低澆筑溫度
澆筑溫度對混凝土整體溫度的影響較大，施工中首先應(yīng)對骨料與拌和水的溫度進(jìn)行控制，其次，混凝土澆筑溫度不宜超過30℃。
3.3合理設(shè)計(jì)澆筑方式
施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)混凝土的初凝時(shí)間、供應(yīng)能力等綜合技術(shù)條件確定澆筑方式。通常，應(yīng)將分層連續(xù)澆筑、分段分層踏步式推進(jìn)澆筑等澆筑方法科學(xué)、合理地結(jié)合起來。
3.4做好溫度測試
采用建筑電子測溫儀測溫.兩次澆筑分別設(shè)了10個(gè)和7個(gè)測溫?cái)嗝?每個(gè)測溫?cái)嗝娣謩e在上、中、下及覆蓋層下埋設(shè)測溫傳感器,在澆筑混凝土后的5d內(nèi),每2h測讀一次溫度,同時(shí)監(jiān)測氣溫.實(shí)測結(jié)果與理論計(jì)算,可看出,理論計(jì)算與實(shí)測數(shù)據(jù)很接近,可作為以后制定保溫保濕措施的依據(jù)。
四、混凝土早期養(yǎng)護(hù)
實(shí)踐證明,混凝土常見的裂縫,大多數(shù)是不同深度的表面裂縫,其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降。因此,混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā),保溫應(yīng)達(dá)到下述要求:
1、防止混凝土超冷,應(yīng)該盡量設(shè)法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。
2、防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度,防止表面裂縫。
3、防止老混凝土過冷,以減少新老混凝土間的約束�；炷恋脑缙陴B(yǎng)護(hù),主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達(dá)到2個(gè)方面的效果,一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和干縮;另一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行,以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。
參考文獻(xiàn)：
【1】陳裕新.淺析鋼筋混凝土裂縫的預(yù)防和控制[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2009(11):178.
【2】聶力.高層建筑混凝土基礎(chǔ)溫度裂縫控制探討[J].建筑科學(xué)，2010，(04)：80.
