混凝土裂缝与施工期温度控制的探讨.pdf

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 又是 不均 匀 的 ，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 般设计中均要求混凝土不出现拉应力或者只出现很小的 拉 应力 ，但在施工 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混凝土结构设 计 和施 工极为重要 。 2 2混凝土温度应力分析 2 2 1 混凝土温度应 力的形成 过程可分为 以下三个 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 3 0 d 。这个 阶段 的两个 特征 ：一是水泥放 出大量 的 水化热，二是混凝土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起至混凝土冷 却 到稳定温度 时止 。这个 时期 ，温度 应力 主 要是 由于混 凝土的冷却及外界气温变化所引起 ，这些应力与早期形 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，这些应力与前两种 的残 余应力 相叠加 。 2 2 2 根据温度应 力引起的原 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，闸墩墩身 ，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 岩石边坡护 坡混凝土 。 这两种 温度应力 往往 和混凝 土 的收 缩所 引起 的应力 共 同作用 。 要想根 据 已知 的温度 准 确 分析 出温 度 应力 的分 布 、 大小是一项 比较复杂的工作 ，需要依靠模型试验或数值 计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松弛，计算 温度应力 时 ，必 须考虑徐变 的影响 。 3 温 度的控制和 防止裂缝 的措 施 官地水 电站大 坝混 凝土 为 了防 止裂 缝 ，结合 实 地情 混凝土工程 况 ，从控制混凝土温度 和改善约束条件两个方 面着手， 采用 了多种行 之有 效的措施 。 3 1 控 制 温度 的措 施如 下 ( 1 )优化混凝土配合比，采用低中热水泥，改善骨料 级配，降低水灰比，大部分混凝土采用干硬性的碾压混 凝土，掺加引气剂和优质粉煤灰等外加剂 ，以减少混凝 土中 的水泥用量 。 ( 2 )在混凝土 中掺加高效减水剂 ，在节约水泥 的条 件 下 ，既可以改善混凝土的和易性 ，提高混凝 土早期 强度 ， 又可 以推迟温度峰值出现的时间 。 ( 3 )采用二次风冷预冷骨料，拌和混凝土时加冰和冷 水，运输混凝土工具采有隔热遮阳措施 ，缩短混凝土运 输时间等 ，以降低混凝土的人仓浇筑温度。 ( 4 )在高温季节 ，尽量避免高温时段浇筑混凝土 ，充 分利用低温天气和早晚及夜间气温低的时段浇筑。高温 时段浇筑时，避免混凝土暴晒，缩短平仓和振捣时间， 减少外界温度的倒灌，并采用喷雾等方法 ，使仓面始终 保持湿润，降低仓面周围温度。在混凝土终凝后立即开 始洒水、自流、表面喷雾和加盖 防护材料等养护措施， 加速散热 。 ( 5 )为利于混凝土浇筑块 的散热 ，大坝基础部位 和老 混凝土约束部位浇筑层高一般为 1 1 _ 5 m，脱离基础约 束区后一般为 2 3 m；上、下层浇筑间歇时间为 5 7 d ； 高温季节采用薄层浇筑，并严格控制浇筑层厚度不超 过 1 5 m。 ( 6 )在混凝 土中埋设冷却管道 ，在混凝土浇筑开始后 通入制冷水或 天然 河水 的方法 进行 冷却 ，削减 水泥 水化 热温升和大体积混凝土内外温差。混凝土 内外温差控制 不超过 1 6 。 ( 7 )在 间歇 期超 过 2 8 d的 老 混 凝 土 面上 继 续 浇 筑 时 ，老混 凝 土面 以 上 0 2 5 L范 围 内 的 新 浇 筑 混 凝 土 按新 老混 凝 土 温 差 控 制 ，温 差控 制 标 准 为 不 超 过 1 5 。 ( 8 )在混凝土浇筑期间，当日平均气温稳定在 3 以 下时，按冬季进行混凝土施工，对混凝土运输设备进行 保温，控制混凝土入仓温度不低于规范要求，在混凝土 浇筑中采取边浇边覆盖保温设施的办法，浇筑完毕的混 凝土进行表面保温 ，确 保混凝 土 的表 面温度 不低 于 5 C， 减少内外温差，防止裂缝发生。混凝土强度大于允许受 冻临界强度时 ，方可拆除模板 。 3 2改善约束条件的措施是 ( 1 )合理地分段、分缝、分块和分层，避免混凝土体 积过大 。 ( 2 )修整平滑基础和边坡，减小基础面过大起伏。 ( 3 )混凝 土施工 中 ，合 理安 排 施工 工 序 和进 度 ，各 1 3 水 利水 电施工2 0 1 2 第 4期总第 1 3 3期 坝块应均 匀上升 ，相 邻坝块 高差不 应 大于 1 2 m，相 邻坝 块浇筑时间的间隔宜小于 2 0 d ，整个大坝最高和最低坝 块高 差控制在 3 0 m 以 内，避 免 过 大 的高 差 和 侧 面 长 期 暴露 。 此外 ，采用 质优 的混 凝土 原材 料 ，严控 施 工工艺 质 量 ，改 善混 凝 土 的性 能 ，采 用 “ 高 强 、高韧 性 、 中弹 、 低热 和高抗拉值 ”的抗 裂混凝 土 ，避 免结 构 突变产 生应 力集中 ，做好混凝土 的浇 灌 振捣 ，提高 密 实度 ，避 免 骨 料分层和加强养 护等 ，可减 少表 面干 缩 和裂缝 ，特别 是 保证混凝土 的质 量对 防止 裂缝 十分重 要 ，应 特别 注意 避 免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结 构的整体性十分 困难 。 加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大 体积混凝土的含筋率极低，只是对一般钢筋混凝土有影 响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的 各项性能是稳定的。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相 差 很小 ，在 温度变化 时两者 间只发 生很 小 的 内应 力 。由 于钢 的弹性模量 为混凝土 弹性模 量 的 7 1 5倍 ，当混凝 土应 力 达到抗 拉 强 度而 开 裂 时 ，钢 筋 的 应 力 将 不超 过 1 O 2 0 MP a ，因此 ，在 混 凝 土 中想 要 利 用钢 筋来 防 止 细小裂缝的出现很困难 ，但加筋后结构 内的裂缝一般 就变得数 目多、问距小 、宽度 与深度较小 了，而且如 果钢筋的直径小而间距密时，对提高混凝土抗裂性的 效 果较 好 。混凝 土 和钢 筋 混 凝 土 结 构 的表 面常 常 会 发 生 细而 浅 的裂 缝 ，其 中大 多 数属 于干 缩 裂 缝 ，虽 然 这 种 裂缝 一 般都 较浅 ，但 它 对 结 构 的强 度 和耐 久 性 仍 有 一 定 的影 响 。 为保证混凝土工程质量 ，防止开裂 ，提高混凝土的 耐久性，正确使用外加剂也是减少 开裂 的措 施之一 。 在官地水 电站混凝土施工 中掺加了减水防裂剂 、引气 剂和优质 粉煤灰 等外加 剂，总结 出外 加剂 的主要作 用 为 ： ( 1 ) 水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水 防裂剂可使混凝土用水量减少 2 5 ，减少混凝土中的毛 细孔道 ，减小混凝 土干缩变形。 ( 2 )水泥用量也是影响混凝土收缩率的重要 因素 ， 掺 加减 水 防裂 剂 的混凝 土在 保 持 混凝 土 强度 的条 件 下 可减少 1 5 的水泥用 量，其体 积用增 加骨料 用量来 补 充 。 ( 3 )减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度 ，减少混凝土 泌水 ，减少 收缩 变形 。 ( 4 )提高水泥浆与骨料的黏结力，提高的混凝土抗裂 性能 。 ( 5 )混凝土在 收缩时受到约束产 生拉应力，当拉 1 4 应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会 产生。减水防裂 剂可有效提高混凝土的抗拉强度 ，大 幅提高混凝土 的 抗 裂性 能 。 ( 6 )掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高 混凝 土的抗碳 化性 ，减 少碳 化收缩 。 ( 7 )掺减水防裂剂后混凝土缓凝 时间适 当 ，在有效 防 止水泥迅速水化 放热基 础上 ，减小 因水 泥长 期不 凝 而带 来的塑性收缩 。 ( 8 )掺外 加剂 混凝 土和易性好 ，表面易摸平 ，形成微 膜 ，减少水分蒸发 ，减少干缩 。 许 多# l- J n 剂都 有 缓 凝 、增 加 和 易 性 、改 善 塑 性 的 功 能 ，比单 纯 的靠 改 善外 部条 件 ，可 能会 更 加 简 捷 和 经 济 。 3 3 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和温度骤降形 成的裂缝，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 ： ( 1 )防止混凝土 内外 温度差 及混凝 土表 面温度 梯度 ， 防止表面裂缝。 ( 2 )防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工 期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度 。 ( 3 )防 止 老混 凝 土过 冷 ，以减 少 新 老混 凝 土 间 的 约束 。 混凝土 的早期 养护 ，主要 目的在 于保持 适 宜 的温湿 条件，以达到两个方面的效果：一方面使混凝土免受不 利温、湿度变化的侵袭 ，防止有害的冷缩和干缩 ；另一 方面使水泥水化作用顺利进行 ，以期达到设计 的强度和 抗裂 能力 。适宜 的温 湿度 条件 是相 互关 联 的 ，混凝 土 的 保 温措施 常常也 有保 湿的效果 。 4 结束语 官地水电站大坝混凝土的施工，通过采取以上综合 措施 ，裂缝得到 了很好 的控 制 ，但 由于 受地 应力 及混 凝 土长间歇等因素影响，也出现了少数缝宽 0 3 mm、缝 深 l O O c m、缝平面长 L 5 m的 I类和 类裂缝 ，个别 出现 了 缝 宽 0 3 mm-G 0 5 mm、l O O c m 缝 深 h 5 0 0 c m、缝平面长度坝块宽度三分之一的类裂缝，以 上裂缝均在允许范围内。大量的实际工程证明，混凝土 施工中，通过多观察、多比较 ，出现问题后多分析、多 总结 ，并结合多种 预 防控 制措施 ；混凝 土 的裂 缝是 完全 可以控制在允许范围内的。