施工温度对混凝土质量的影响与控制.pdf

第 3 7卷 ， 第 5 期 2 0 1 2年 1 0月 公 路 工 程 Hi g hwa y En g i n e e r i n g Vo I I 3 7No 5 Oc t ，2 0 1 2 施工温度对 混凝土质量的影响与控制 郝 增 宝 ( 淄博职业学院 建筑工程学院 ，山东 淄博2 5 5 3 1 4 ) 摘要 混凝 土是现代建 筑工程 中一种必不可少 的建 筑材料 ， 但对于 其施工质 量来说 ， 其影 响因素有 很多 ， 其 中对施 工温度这一影响因素来说显得尤为重要 ， 可能 由于对其控制不好 ， 会直接影响到混凝 土的整体质 量 ， 甚至 使其不能满足基本功能要求。通过两方 面论述施 工温度对 混凝 土强度 、 裂缝的影 响分析 ， 进一 步得到施工 温度对 混 凝土质量 的控制措施 ， 能够在施工 中加以注意 ， 以保证混凝土 的最终质量 。 关键词 】混凝 土 ； 施工温度 ； 混凝土强度 ；混凝 土裂缝 ； 控制措施 【 中图分类号 】U 4 1 4 1 8 文献标识码 】A 文章 编号 】1 6 7 4 - 0 6 1 0 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 1 7 2 一 O 4 C o n s t r u c t i o n o f t h e I n fl u e n c e o n t h e Qu a l i t y o f Co n c r e t e Te m p e r a t u r e a n d Co n t r o l HAO Ze ng bno ( Z i b o o c c u p a t i o n c o l l e g e ，Z i b o ， S h a n d o n g 2 5 5 3 1 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t C o n c r e t e i s a k i n d o f i n d i s p e n s a b l e mo d e r n c o n s t r u c t i o n p r o j e e t o f b u i l d i n g m a t e r i a l s 。 bu t f o r i t s c o n s t r uc t i o n q u a l i t y f o r ，t h e i n flu e n c e f a c t o r s a r e ma n y，i n c l u d i n g c o ns t r u c t i o n t he f a c t o r s a f f e c t i n g t h e t e mp e r a t u r e i t i s p a r t i c u l a r l y i mp o r t a n t ，ma y b e d u e t o t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e t e mp e r a t u r e c o n - t r o l i s b a d，wi l l d i r e c t l y a f f e c t t h e o v e r a l l qu a l i t y o f c o n c r e t e，e v e n c a n n o t me e t t he b a s i c f u n c t i o n o f c o n c r e t e r e q u i r e me n t s T hi s a r t i c l e t h r o u g h t h e t wo a s p e c t s c o n s t r u c t i o n t e mp e r a t ur e s t r e ng t h o f c o n c r e t e， t h e i n flu e n c e f a c t o r s o f c r a c k s，a n d f u rth e r t o g e t t o t h e q u a l i t y o f c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n t e mp e r a t u r e c o n - t r o me a s u r e s，c a n i n c o ns t r u c t i o n，t o p a y a t t e n t i o n，t o e ns u r e t h a t t h e f i n a l qu a l i t y o f c o n c r e t e K e y w o r d s C o n c r e t e ；C o n s t ruc t i o n t e m p e r a t u r e ； T h e s t r e n g t h o f c o n c r e t e ； C o n c r e t e c r a c k ； C o n t r o 】me a s u r e s 混凝土是土木、 建筑、 水利以及许多工程中使用 的十分广泛的材料。随着科学技术的进步， 对混凝 土的各方面性能要求会随着实际需要不断地提高 ， 如何来满足这些更高要求 ， 如何做才能达到这些要 求 ， 最终提高混凝土的质量 ， 这也是施工现场中必须 要面对和解决 的问题 J 。尽管我们在施工 中采 取 各种技术手段、 措施来解决 ， 但还会有这样或那样的 质量问题出现。其 中温度对混凝土质量的影响， 仍 需要引起足够的认识 ， 因此本 文仅对施工 中温度对 混凝土质量的影响 ， 作一下分析并提出处理措施做 一 探讨 。 1 施工温度对混凝土 的强度影响 施工温度即周 围环境的温度对混凝土水泥水化 反应速度的影响 ， 其影响程度的大小， 会因为水泥品 种、 混凝土的配合 比、 所添加外加剂等条件而有所不 同 。通常情 况下 是 现场 的施 工 温 度高 ， 可 以增 加 混 凝土早期的水泥水化反应速度 ， 使混凝土的早期强 度增加的也快。但若现场 的早期施工 温度越高， 则 混凝土的后期强度的增进率会越小。从图 1可以看 出： 养护温度在 4 一2 3之间的混凝 土后期强 度都较养护温度在 3 2 一 4 9之间的高。这是 由 于早期过快的水泥水化反应将导致水泥水化产物的 不均匀性 ， 而水泥水化产物稠密程度低的区域成为 混凝土结构中的薄弱点， 从而降低 了结构的整体强 度 ， 水化产物稠密程度高的区域 ， 水化物会包裹在水 泥颗粒的周围， 妨碍了水化反应 的速度 ， 从而减少水 化物继续增加。在养护温度较低 的情况下， 水化反 应速度缓慢 ， 使得水化热有了足够 的扩散时间， 从而 使水化产物在水泥石中能够均匀分布 ， 最终使混凝 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 2 2 8 ( 作者简介 郝增宝 ( 1 9 7 0 一) 。 男 ， l J I 东沂源人， 硕： f = ， 讲师 ， 从事建筑教学 研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 郝增 宝 ： 施工温度对混凝土质量 的影 响与控制 l 7 3 土后期强度继续增加 。一般来说 ， 同样的混凝土 在夏天和冬天， 由于温度的不 同使得夏天浇筑 的混 凝土 比冬秋 浇筑的后期强 度要低。但 若温 度降至 0 o C以下时 ， 水泥的水化反速度将 明显降低或停止 ， 混凝土的强度增加 的停止及 冰冻对混凝 土的破坏作 用 ， 也会使已获得混凝土强度有明显 的影响， 导致强 度达不到应有的要求。 图 1 养护温度对混凝土 强度 的影响 F i g u r e l Cu r i n g t e mp e r a t u r e f f e c t o n t h e s t r e n g t h o f c o n c r e t e 2 施工温度对 混凝 土裂缝的影 响 2 1裂缝 的原 因 混凝土的裂缝大体 可以分为两类 ， 即微观裂缝 和宏 观裂缝。以 0 0 5 mm为界 ， 对大 于等于 0 0 5 m m的裂缝称为宏观裂缝 ， 小 于 0 0 5 m l T l 的裂缝 称 为微观裂缝 。混凝土的微观裂缝有 3种形式 ：一是 粘着裂缝， 即骨料与水泥石粘接面上的裂缝 ， 主要在 粗骨料的周 围； 二是水 泥石裂缝 。主要 出现在 出现 在骨料与骨料之间； 三是骨料裂缝 。骨料本身的裂 缝 。在 这 3种裂 缝 中 ， 以粘着 裂缝 较 多 ， 水 泥 石裂 缝 次 之 ， 骨料 裂缝 较 少 。混 凝 土 的微 观 裂 缝 主要 是 指粘着裂缝 和水泥石裂缝 。在工程实际 中， 裂缝的 产生大多数是 由温度差 的原 因， 使得混凝 土本身 的 抗拉强度和抗拉变形不足而引起 的。 混凝 土中产生裂缝有多种原因， 主要是温度和 湿 度 的变化 ， 混凝 土 的脆性 及不 均 匀性 ， 以及结 构不 合理 ， 原材料不符合要求 ( 如碱骨 料反应 ) ， 基础的 不均匀沉降， 模板本身及外部原因引起的变形等。混 凝土在凝结硬化时水泥放出大量水化 热， 内部温度 不断 上 升， 内外 形 成 温度 差 ， 在 表 面 会 引起拉 应 力 。在后期 的降温过程 中， 由于受到基础或不同 时浇筑混凝土的约束， 又会在混凝土内部出现拉应 力 。另 外气 温 的降低 也会 使混 凝 土表 面产 生较 大拉 应力。当这些拉应力的数值已超 出混凝土的抗裂能 力 ， 从而会 出现裂缝。再者许 多混凝 土的内部 湿度 只 是满 足水 化反应 的需 要 ， 基本 变 化不 大 或较慢 ， 而 表面湿度 由于外部原因较多， 可能会变化较大或有 剧烈变化。如养护不周 、 外部条件变化、 干湿变化 大 ， 表面的干缩变形会受到内部混凝土的约束 ， 也通 常会导致裂缝。混凝土是一种脆性材料 ， 抗拉强度 是抗压强度 的 1 1 0左右 ， 短期加荷时的极限拉伸变 形只有( 0 61 0 )1 0 ， 长期加荷时的极限位伸变 形也只有( 1 2 2 0 )1 0 。由于原材料的不均匀 ， 水灰比的不稳定 ， 以及 外部运输和浇筑过程 中的原 因， 使得混凝土中的抗拉强度出现 了不同程度的不 均匀性 ， 必然会在混凝土的薄弱部位 ， 出现抗拉能力 低而出现裂缝 。在钢筋混凝土结构中 ， 抗拉应力 主 要 是 由钢 筋 来 承 担 ， 压 应 力 主 要 由混 凝 土 来 承 担 】 。但若在边缘部位 不论是否有没有配筋 ， 若结 构 内出现了拉应力 ， 则都是依靠混凝 土 自身来承担 的。但在设计中往往是按照不出现拉应力或者只出 现很小的拉应力来考虑的。但是混凝土在施工中由 较高 的水 化热 温度冷却 到正常时期 的稳定 温度 时 ， 一 般是在混凝土内部会有一定数值的拉应力产生。有 时温度应力还可能会超过其它外加荷载所引起的应 力， 因此掌握温度对混凝土产生的应力变化规律， 对 于进行合理的进行结构设计和施工都显得十分重要。 2 2温度 应 力的 分析 根据温度应力的形成过程可分为早期、 中期和 晚期 3个阶段 ， 具体情况见表 1 。 表 1 混凝土温度应力的形成 阶段 Ta bl e 1 。 Co n c r e t e t e mp e r a t ur e s t r e s s f o r ma t i o n s t a g e 早 期 自浇筑混 凝土开始至水泥放热基本结束， 一 般约需 3 0 d 这个阶段放出大量的水化热并在混凝土内形成残余应 力 中期 晚期 这一时期温度应 力主要是外界气温变化所引起 ， 这些应力与 垫堕 塑 塞坌些 塑垄垫 另外 ， 温度应力引起 的原 因有 2个方面 ： 一是 自 生应力 。即内部温度是不均匀分布的， 结构外部没 有其它约束 ， 只是在结构本 身内部产生互相约束而 出现的温度应力。 一般对于大型结构 ， 其结构形状 相对较大 ， 混凝 土冷却过程中表面与内部 的温度差 较大 ， 在混凝土表面出现拉应力 ， 而中间则 出现压应 力。二是约 束应力。即结构本身受 到外界 约束 影 响 ， 不能 自由的应 变而 引起的应力。这两种应力往 往与混凝土的干缩应力共同作用的0若妻根据已知 温度准确分析出温度应力的分布及大小变化情况是 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 7 4 公路工程 3 7 卷 一 项较为复杂 的工作。在大多数情况下 ， 都需要依 靠模型试验或公式计算所得 。另外混凝土徐变使 温度应力也有一定量 的松驰 ， 因而在计算温度应力 时， 还需考虑徐变的存在， 具体计算这里就不再细述。 3 施工温度控制和保证混凝土质量的措施 3 1 温度 的控 制和 防 止温度 裂缝 产生 的措 施 为了防止裂缝 ， 减轻温度应力 ， 可以从控制温度 和改善约束条件两个方面着手。 a 控制温度的措施 。 为了防止裂缝 ， 保证混凝土的强度， 通过工地 的 实际验证可采取的措施如下： 内部因素上， 首先从组成混凝土原材料上进 行考虑 ， 选用合理 的骨料和配合 比， 降低水泥用 量。 由于选用的水泥品种不同， 产生 的水化热也会不尽 相 同 ， 所 以在 施工 时选 用低水 化 热的水 泥 ， 同时还 可 以可以选用减水剂、 引气剂等外加剂来适量减小水 泥用量， 从 而减 小水 化热 释放 出的热量 。施 工 中， 为了既保证混凝土强度， 同时又减少水 泥用量 ， 通常的做法就是选用级配较好 的碎石及合理的砂率 和水灰比。对于粗骨料的要求 ， 应采用质量坚硬、 耐 久 、 洁 净、 符 合 要 求 级 配 的 碎石 ， 最 大 粒 径 应 4 0 m a t ， 含泥量 1 ， 针 片状颗粒含量 1 5 ， 硫化 物及硫酸盐含量 1 ， 石料强度 3级 的碎石 ， 在 选 择骨料 时关 键是 粗 骨料 的针 片状 含量及 级 配。对 于细骨料应采用质量坚硬 、 耐久、 洁净、 细度模数宜 在 2 5以上 、 含泥量 3 的天然中砂。另外在满足 和易性的要求下 ， 应尽量减小水灰比。 在外部因素上， 从施工方法 、 施工工艺上进 行考虑 ， 在拌合混凝土时夏季采用 冷水或冰水将碎 石进行冷却 ， 以降低混凝土的浇筑温度 ， 同时热天浇 筑时尽量减少浇筑厚度， 增加散热量， 能够尽快的将 水化热散发出来 ， 当然也可以采用大体积混凝 土浇 筑施工的方法， 在混凝土中埋设水管， 通人冷水把水 化热带走进行降温 ； 冬季施工时 ， 可采用热拌混凝土 法、 蓄热法等方法进行保温 ， 以保证混凝土凝结硬化 温度。另外还可以利用合理的拆模时间 ， 气温变化 时进行表面保温， 以免混凝土表面发生急剧的温度 差而造成的裂缝 ， 从而在外在施工上加以控制处理。 b 改善裂缝约束条件的措施。 对于 混凝 土 的裂 缝 可以采 用还 可 以采 用改 变约 束条件的方式进行 ， 如合理地分缝分块 、 避免基础过 大起伏 、 合理的安排施工工序， 尽量避免过大的高差 以及侧面长期暴露等因素。 在混凝土的施工过程 中， 为了提高模板 的周转 率， 往往采用尽早拆模 的方法进行 。当混凝土温度 高于外部气温时 ， 应适当考虑拆模时间 ， 以防混凝土 早期裂缝。对于新浇筑 的混凝土而进行早期拆模 ， 在表面上会 引起很大 的拉应力 ， 从 而会 出现“ 温度 冲击” 现象 。在混凝土的浇筑初 期， 由于水化热 的 产生 ， 从而使混凝土表面引起相当大的拉应力 ， 此时 表面温度亦高于外部气温 ， 而此时拆除模板， 表面温 度会明显下降， 势必会引起表面的温度差 ， 从而在表 面产生拉应力 ， 再与水化热的应力迭加， 以及混凝土 的干缩 ， 会使混凝土表面的拉应力数值达到很大， 最 终导致裂缝的产生 ， 但如果在拆除模板后及 时在表 面保温养护 ， 可以防止温度差的产生 ， 也就阻止混凝 土表面产生过大的拉应力而产生裂缝 。 3 2混凝土的早期养护 实践还证明， 混凝土常见的裂缝， 大多数是不同 程度的表面裂缝， 其 主要 原因是温差造成 的裂缝 。 因此说混凝土的保温养护对防止表面早期裂缝尤其 重要 。 从温度应力方面 ， 保温的目的应达到下述要求 ： 防止混凝土内外温度差及混凝 土表面梯度， 防止表 面裂缝 ； 防止混凝土温度太低 ， 应该尽量使混凝土在 施工期的最低 温度不低 于混凝 土使用期 的规定 温 度 ； 防止已施工上去的混凝土过冷 ， 尽量减少新旧混 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、 湿度变形的侵袭 ， 防止有害的冷缩和干 缩。另一方面是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。混凝上的保 温措施常常也有保湿的效果。 从理论上分析， 新浇混凝土中所含水分足 以满 足水泥水化的需要。但 由于蒸 发、 模板吸水水分流 失等原因 ， 常常会引起水分的损失 ， 从而推迟或防碍 水泥的凝结硬化 ， 表面混凝土很容易受这种不利的 影响。因此混凝土浇筑后的最期应是养护的关键时 期 ， 在施工 中应切实加以重视。 4 结 语 对 混凝 土的现 场 施 工温 度 与 强度 、 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 对于混凝土强度 、 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较为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 郝增宝 ： 施工 温度对混凝土质量的影响与控制 1 7 5 统一的， 不外乎从 内在和外在的因素人手 ， 考虑周全 而进行处理， 同时在实践 中进行改进提高 ， 当然具体 施工中还需要大家多观察、 多比较 、 多思考， 对于 出 现 问题应采取各种措施进行解决 ， 多分析 、 多总结， 最终才能保证混凝土的质量。 参考文献 1 符芳 建筑材料 M 南京 ： 东南大学出版社 ， 2 0 0 1 2 张 国联 ， 王风池 土木工程施工 M 北 京 ： 中国建筑工业 出版 社 ， 2 0 0 3 3 张雪芹 大体积混 凝土施 工温度应力 有 限元分析 J 四川建 材 ， 2 0 0 9， ( 4 ) 4 刘 宗仁 ， 张铁 铮 建筑施工技术 【 M 北京 ： 中央广播 电视大学 出版社 ， 1 9 8 6 5 薄遵彦 建 筑材料 M 北京 ： 中 国环境科学出版社 ， 1 9 9 4 6 张艳 施 工中影 响混凝土质 量的因素一温度应 力 J 山西 焦煤科技 。 2 0 0 8 ， ( 7 ) 7 任立坤 浅谈施工 中影响混凝 土质量 的因素与对 策 J 山东 电大学报 ， 2 0 0 4， ( 3 ) 8 杨勃 ， 张鹏 混凝 土连 续梁温 度差 效应分 析 J 公 路 工 程 ， 2 0 0 9。 ( 2 ) 9 张玲利 ， 马二 军 浅谈 混凝 土冬期 施工 质量控 制 J 河南建 材 ， 2 0 1 1 ， ( 5 ) 1 O 李政 主墩承 台大体积混凝土施 工温度控 制 J 中南 公路 工程 ， 2 0 0 4。 ( 2 ) ( 上 接 第 1 6 7页) 控制不对称荷载值。 3 4 2 梁段超重的影响 以 1 7号墩左 右侧 主梁每个悬浇梁 段均超重 5 方计算得到梁段累积位移 ( 图略) 。考虑超重 5方 和不考虑超重 5方相 比： 1 7号墩 l 3 梁段前端累计 位移差值为 一1 0 8 c m( 向下 ) 。因此， 应尽量减 少 和严格控制超重。 4施工控制结果 4 1 线 形监控 结 果分析 全桥线形监控结果表明： 主桥各跨合龙后 ， 合龙 口实测高差与理论高差差值最大为 1 9 m m， 最小为 6 mm， 合龙精度达到线形控制精度要求 。挠度变化 实测值与理论计算值 吻合 良好 ， 两 者误差较小 ( 1 0 ram) ， 成桥标高实测值与设计值偏差均在规范 容许 范 围 2 0 m i l l内 ， 主 梁 线 形 平 顺 流 畅 ， 达 到 了预期 目标。 4 2应力监 控 结果 分析 将悬臂施工及全桥成桥控制截面应力监控结果 与理论值相比较， 应力实测值与理论值基本吻合 ， 变 化规律一致 ， 说明在悬臂施工阶段结构应 力正常 ， 主 桥在施工过程 中各截面应力始终处于安全状态。 5 结语 陈家洲湘江大桥 主桥跨径 大、 合龙 口多、 施 工过程中变化频繁， 体系转换复杂 ， 施工监控过程中 对桥梁实施动态跟踪 ， 确保了大桥在施工过程 中的 安 全 和成 桥后 的线 形及 应力 状 态符合 设 计要 求 。 采用前进分析法模拟施工全过程 ， 计算了各 施工状态以及成桥状态下的结构受力 和变形， 优化 了合龙方案 ， 不同的合龙方案下主梁施工过程的累 积位移差别很大， 但对 主梁应力的影响有限。 参数分析表明， 不平衡荷载和梁段超重对主 桥的线形影响较大。因此， 监控 时严格控制施 工过 程中的不平衡荷载 ， 尽量保持构造上的对称 ， 出现偏 差时及时调整。全面采集永久结构和临时结构的变 形 、 应力等数据 ， 综合分析， 正确判断结构状态， 及时 评估对后续施工过程的影响。 基 于有限元法和现代监测手段 ， 对 主梁的线 形与应力进行 了施工监测。监控结果表明 ： 施工阶 段主梁截面应力、 挠度变化实测值 均与理论计算值 吻合较好 ， 满足设计及相关规范要求， 确保了陈家洲 湘江大桥主桥 的施工质量。 陈家洲湘江大桥主桥于 2 0 1 2年 5月顺利合 龙。主桥合龙后线形流畅 ， 预拱度设置合理 ， 各项监 控内容均达到了预期的效果 。 参考文献 1 王长海 ， 张华兵 ， 黄清 武东特大桥施工监控 J 世界桥梁 ， 2 0 1 1 ， ( 1 ) ： 3 1 3 4 2 文武 松 苏通 大桥 辅桥 连 续 刚构 施 工控 制 J 桥 梁建 设 ， 2 0 0 8 ， ( 4) ： 6 56 9 3 刘代全， 王解军 预应力混凝土连续刚构桥的施工控制 J 公 路 ， 2 0 0 3 ， ( 1 ) 4 向 中 富 桥 梁施 工 控 制技 术 M 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 。 2 0 01 5 徐君兰 ， 项海帆 大跨度桥梁施工控制 M 北 京 ： 人 民交通 出 版社 ， 2 0 0 1 6 李传习 。 夏桂云编著 ， 刘光栋 主审 大跨 度桥梁 结构 计算理 论 M 北京 ： 人 民交通 出版社 。 2 0 0 2 7 J T G D 6 02 0 0 4 公路桥涵设计 通用 规范 s 8 J T G T F 5 02 0 1 1 ， 公路 桥涵施工技术规范 S 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m