混凝土的施工温度与裂缝.pdf

第 1 6 卷第 6期 2 0 0 7 年 6 月 中 国 矿 业 CHI NA M I NI NG M AGAZI NE Vo l _ 1 6 ，No 6 J u n e 2 0 0 7 混凝土的施 工温度 与裂缝 陈 雷 赵 冰 费永亮 ( 1 鞍 山公路工程有限公司，辽宁鞍 山 1 1 4 0 0 1 ；2 鞍山市公路管理处，辽宁鞍 山 1 1 4 0 0 1 ) 摘要 ： 通过多年 的现场观察 ，通过查阅有关混凝土 内部应力方面 的专著，对混凝土温度裂缝 产生 的原因、现场混凝土温度的控制和预防裂缝 的措施进行 了阐述 。 关键词 ： 混凝 土温度应力 裂缝控制 中图分类号 ：T U5 2 8 3 7 文献标识码 ：B 文章编 号 ： 1 0 0 4 4 0 5 1 ( 2 0 0 7 )0 6 0 0 9 4 0 3 Th e W o r k mg Te mp o r a t u r e & Cr a c k s o f Co n c r e t e CHEN L e i ZHAO Bi n g F EI Yo n g - l i a n g ( 1 An s h a n Ro o d En g i n e e r i n g C o 1 t d ，An s h a n 1 1 4 0 0 1 ，Ch i n a ； 2 An s h a n Ro o d Ad mi n i s t r a t i o n s e c t i o n，An s h a n 1 1 4 0 0 1 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Ye a r s o b s e r v a t i o n s o n t h e j o b a s we l l a s t h e c o n s u l t a t i o n o f s o me s p e d a l i s t wo r k s r e l e v a n t t O t h e s t r e s s i ns i d e c on c r e t e s s he d n e w l i gh t o n t he r e a s o n f or t e mpo r a t u r e c r ac ks oc c ur i n g i n c on c r e t e s a n d a l s o o n t h e c o n t r o l o v e r t e m p o r a t u r e I n a d d i t i o n，W e e l a b o r a t e i n t h i s p a p e r ，o n s o me Pr e c a u t i o n s a g a i n s t t h e t e mpo r at u r e c r ac ks a l s o Ke y wo r d s：c on c r e t e t he r ma l s t r e s s c r a c ks c on t r o l 混凝土在现代工程建设中占有重要地位 。但是 混凝 土 的裂缝较 为普遍 ，在桥染 工程 中裂缝 几乎 无 所不在。尽管我们在施工中，采取各种措施，小心 谨慎，但裂缝仍然时有出现。究其原因 ，我们对混 凝土温度应力的变化注意不够是其中之一 。 在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有 重 要意义 。这 主要 是 由于两方 面 的原 因 。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 。我 们遇到的主要是施工中的温度裂缝 ，因此 ，本文仅 对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨 。 1裂缝 的原 因 混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和 温度 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 。 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 昆 凝土 收稿 日期 ：2 0 0 7 0 3 0 8 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 。许多混凝土的内 部温度变化很小或变化较慢，但表面温度可能变化 较 大或发 生剧 烈变化 。如养护不 周 、时干 时温 、表 面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂 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 6 1 0 ) 1 0 ，长期加荷时的极 限拉伸变形也 只有( 1 2 2 0 ) 1 0 。 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，其抗拉强度也是不均匀的，存在着 许多拉应力很低 、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 是承受应力 。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部 位 ，如果结构内出现了拉压力 ，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它 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 根据温度应力 的形 成过程可分为 以下三个 阶 维普资讯 第 6 期 陈雷等 ：混凝 土的施工温度与裂缝 段 ： 早期：自浇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 。 中期 ：自水泥热作用基本结束时起 ，至混凝土 冷却到稳定温度为止。这个时期中，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 。在此期间，混 凝土 的弹性模 量变 化不 大 。 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 迭加 。 根据 温度应 力 引起 的原 因，可分 为两类 ： 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 。 结束应力 ：结构温度高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 。 这两种 温度 应力 ，往往 和混 凝土 的干缩 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 。在大多数情况 下，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 当大的松驰 ，计算温度应力时 ，必 须考虑徐变的影响 ，具体计算这里就不再细述。 3 温度 的控制 和防止 裂缝 的措 施 为了防止裂缝 ，减轻温度力 ，可以从控制温度 和改善约束条件两个方面着手。 控制温度 的措施如下 ：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 ；拌合混凝土 时加水或用水将碎石冷却 ，以降低混凝土的浇筑温 度；热天浇筑混凝土时 ，减少浇筑厚度 ，利用浇 筑层面散热 ；在混凝土中埋设水管，通人冷水降 温；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；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 。 改善约束条件 的措施是 ：合理地分缝分块； 避免基础过大起伏；合理的安排施工工序，避 免过大的高差和侧面长期暴露 。 此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加 强养护 ，防止表面干缩 ，特别是保证混凝土质量， 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 的整体性是十分困难 的， 因此 ，施 工 中应 以预 防贯 穿性裂缝 的发 生为 主 。 在混凝土的施工 中，为了提高模板 的周转率， 往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模 。当混凝土温度 高于气温时，应适 当考虑拆模时间，以免引起混凝 土表面的早期裂缝 。新浇筑早期拆模 ，在表面引起 很大的拉应力 ，出现 “ 温度冲击”现象。在混凝土 浇筑初期，由于水化热的散发 ，表面引起相 当大的 拉应力 ，此时表面温度亦较气温为高 ，此时拆除模 板，表面温度骤降，必然引起温度梯度 ，从而在表 面 附加一拉 应 力 ，与水 化热 应力 迭加 ，再加 上混凝 土干缩，表面的拉应力达到很大的数值 ，就有导致 裂缝的危险 。但如果在拆除模板后 ，及时在表面覆 盖一轻型保温材料 ，如泡沫海棉等 ，对于防止混凝 土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果 。 加筋对大体积混凝土的温度应力影响很大，因 为大体积混凝土的含筋效率低。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，而与应力状态、 时 间及温度 无关 。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 ，当内混凝土应力 达到抗拉强度 而开裂 时， 钢筋的应力将 不超过 1 0 0 2 0 0 k g c m 。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 、 间距小、宽度与深度较小了。如果钢筋 的直径细而 间距密时 ，对提高混凝土抗裂性的效果效好。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 。例如使用减水防裂剂 ，笔者在实践中总结出 其主要作用为 ：混凝土中存在大量毛细孔道，水 蒸发后 ，毛细管中产生毛细管张力 ，使混凝土干缩 变形。增大毛细孔径，可降低毛细管表面张力 ，但 会使混凝土强度降低。这个 表面张力理论 ，早 在 6 0年代就已被国际上所确认。水灰 比是影 响混 维普资讯 中 国 矿 业 第1 6 卷 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 。水泥用量也是混凝土收缩率 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。减水防裂剂可以改 善水泥浆的稠度 ，减少混凝 土泌水，减少沉缩 变 形 。高水泥浆与骨料的粘结力，提高了混凝土抗 裂性能。混凝 土在收缩 时，受 到约束产生拉应 力 ，当拉应力大于混凝土抗拉强度时，裂缝就会产 生。减水防裂剂可有效的提高 的混凝土抗拉强度 ， 大幅提高混凝土的抗裂性能。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。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，避 免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。掺外 加剂混凝土和易性好 ，表面易摸平 ，减少 水分蒸 发 ，减 少干燥 收缩 。 许多外加剂都有缓凝 、增加和易性、改善塑性 的功能 ，我们在工程实践中，应多进行这方面的实 验对比和研究 ，比单纯的靠改善外部条件 ，可能会 更加简捷 、经济 。 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的。 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：防止混 凝 土 内外 温度 差 及混 凝 表 面梯 度 ，防止 表 面裂 缝 。 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。 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 保护适 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。从理论上分析 ，新浇混 凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有 余 。但 由于蒸发等原因，常引起水分损失 ，从而推 迟或防碍水泥的水化 ，表面混凝土最容易而且直接 受到这种不利影响。因此 ，混凝土浇筑后的最初几 天 ，是 养护 的关 键 时 期 ，在 施 工 中 应 切 实 重视 起 来 。 5 结束 语 以上对混 凝土 的施工 温度 与裂缝 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 比较统一 ，同时在 实践中的应用效果也是比较好的。具体施工中，要 靠我们多观察 、多比较 ，出现问题后多分析 、多总 结 ，结合多种预防处理措施 ，混凝土的裂缝是完全 可 以避免 的 。 _ 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 ( 上 接第 8 7页 ) 软玉是一种以隐晶质透闪石为主要矿物的特殊 岩石 。以下地质背景可能形成软玉矿床 ：镁质碳 酸盐岩与中一 酸性侵入岩 的接触带；硅质 白云质 岩的区域变质或热变质带 ；超基性岩与硅质灰岩 接触带 ；超 基性 岩与基 性岩接 触带 。青海 省秦祁 昆造 山系有 多条前寒 武纪 变质带 ，主要 是 柴达木南 缘带、柴达木盆地东北缘带、中祁连带以及阿尔金 带。柴达木南缘 带的野牛沟 口一带 ，现已发现软 玉；柴东北缘带的断层 山、布赫特山等地 ，也发现 有透闪石化碳酸盐岩 ；中祁连的互助北山、大通宝 库峡等地，发现有透闪石碳酸盐岩 。这几条带都具 有形成软玉的条件 ，尤其是柴达木南缘带和柴东北 缘带东段的布赫特 山一带，具有 良好 的找矿前景。 我省超基性岩带较多，各带中分别发育加里东期一 印支期 的超基性岩，常常同时发育有中酸性侵入岩 以及古 生代一 中生代 的碳 酸 盐 岩 ，具 有 形 成 与 超 基 性岩有关的软玉矿床的条件 ，其中柴北缘西端的茫 崖 、北祁连和拉鸡山已经有矿化线索，找矿前景较 好 。 祁连玉是超基性岩蚀变的产物 ，在超基性岩体 中常常可以找到 ，青海省的多数超基性岩带具有很 大 的找矿潜力。红东陵主要找矿方向是中祁连造山 亚带的大通 、湟中、湟源一带，西宁冻石主要是西 宁盆地的第三系含膏地层分布区；京 白玉主要是柴 达木盆地南缘的元古界分布区。 _ 维普资讯