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淺談大體積混凝土裂縫原因及預防措施

08-22 12:57:40  瀏覽次數:871次  欄目:市政工程
標簽:市政工程技術,市政工程施工方案, 淺談大體積混凝土裂縫原因及預防措施,http://www.tljciu.live
    通過近幾年來的現場實踐,及查閱相關的技術資料,對混凝土裂縫產生的原因、現場混凝土溫度的控制和預防裂縫的措施進行簡要的闡述。  一、裂縫產生的原因分析  混凝土中產生的裂縫有多種原因,主要是溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,原材料不合格(如堿骨料反映),模板變形,基礎不均勻沉降等。混凝土硬化期間水泥放出大量水熱化熱,內部溫度不段上升,在表面引起拉應力,后期在降溫過程中,由于受到基礎或老混凝上的約束,又會在混凝土內部出現拉應力,當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時,即會出現裂縫。許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢,但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化。如養護不周、時干時濕,表面干縮形變受到內部混凝土的約束,也往往導致裂縫。混凝土是一中脆性材料,拉抗強度是抗壓強度的1/10左右,短期加荷時的極限拉伸變形也只有(0.6~1.0)×104,長期加荷時的極限拉伸變形也只有(1.2~2.0)×104.由于原材料不均勻,水灰比不穩定,及運輸和澆注過程中的離析現象,在同一塊混凝土中其拉強度又是不均勻的,存在著許多抗拉能力很低,易于出現裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中,拉應力只要是由鋼筋來承擔,混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結構出現了拉應力,則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現拉應力或者只出現很小的拉應力,但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩定溫度,往往在混凝土內部引起相當大的拉應力,因此掌握溫度應力的變化規律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。  二、溫度應力的分析  溫度應力的形成過程可分為以下三個階段:  (1)早期:自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束,一般約30天。這個階段有兩個特征,一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝土上彈性模量的急劇變化,由于彈性模量的變化,這一時期在混凝土內形成殘余應力。  (2)中期:自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止,這個時期中。溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應力與早期形成的殘余應力相疊加,在此期間混凝土上的彈性模量變化不大。  (3)晚期:混凝土完全冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起,這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。  根據溫度應力引起的原因可分為兩類:  (1)自生能力:沒有任何約束或完全靜止的結構,如果內部溫度是非線性分布的,由于結構本身互相約束而出現的溫度應力。例如,橋梁墩身,結構尺寸相對較大,混凝土冷卻時表面的溫度低,內部溫度高,在表面出現拉應力,在中間出現壓應力。  (2)約束能力:結構的全部或部分邊界受到外界的約束,不能自由變形而一起的應力,如箱梁頂板混凝土和護攔混凝土;這兩種溫度應力往往和混凝土上的干縮所引起的應力共同作用;想要根據已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較復雜的工作。在大多數情況下,需要依靠模型試驗或數值計算,混凝土的徐變使溫度應力有相當大的松弛,計算溫度應力時,必須考慮徐變的影響,具有計算這里就不在細述。  三、溫度的控制和防止裂縫的措施  為了防止裂縫,可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手,現場常用的措施如下:  (1)采用改善骨料級配,用干硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。  (2)攪拌混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。  (3)熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度,最好控制在500mm以內,以便于表面散熱;第二層澆筑必須在第一段砼初凝前澆筑完畢。  (4)根據混凝土澆注面積,在混凝土上中下部設置一定數量測溫管,定時測定內外溫度,前4天每2h測一次,5-7天每4h測一次,8-15天每天一次,并及時記錄,確保混凝土內外溫差控制在25.以內,做到及時觀察,出現溫度超偏,可通過調整養護方式來降低溫差。  (5)規定合理的拆模時間,以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度,加強保溫養護措施,現場通常采取措施為混凝土澆注后先覆蓋一層塑料薄膜,用麻袋裝鋸末,厚度80~100㎜進行中層覆蓋,最后覆蓋1-2層100mm厚巖棉被。  (6)夏季施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面及側邊,設置專人撒水養護時間不少于14d,有條件的應對基礎側邊進行覆土掩蓋,避免內部水分蒸發過快,產生裂縫。  改善約束條件的措施是:  (1)合理地分區分塊。  (2)避免基礎過大起伏。  (3)合理的安排施工工序,避免過大的高差和側面長期暴露。  此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強養護,防止表面干縮,特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要,應特別主注意避免產生貫穿裂縫,出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的,因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發生為主。  在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發,表面引起相當大的拉應力,此時表面溫度亦較氣溫為高,此時拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應力,與水化熱應力疊加,再加上混凝土干縮,表面拉應力達到很大的數值,就有導致裂縫的危險。但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一些輕型保溫材料,如泡沫海綿等,對于防止混凝土表面產生過大的拉應力,具有顯著的效果。加筋對大體積混凝土的溫度應力影響很小,因為大體積混凝土的含筋率極低,只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應力低于屈服極限的條件下,鋼的各項性能是穩定,而與應力狀態、時間及溫度無關。鋼的線脹系數與混凝土的線脹系數相差很小,在溫度變化時兩者間只發生很小的內應力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7~15倍,當內混凝土應力達到抗拉強度而開裂時,鋼筋的應力將不超過 100~200kg/cm2,因此,在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現很困難,但加筋后結構內的裂縫一般就變的數目多、間距小、寬度與深度較小了。為了保證混凝土工程質量,防止開裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一,例如使用減水防裂劑,筆者在實踐中總結出其主要作用為:  (1)混凝土中存在大量的毛細孔道,水蒸發后毛細管中產生毛細管張力,使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力,但會使混凝土強度降低。  (2)水灰比是影響混凝土收縮的重要因素,使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%.  (3)水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素,摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15%的水泥用量,其體積用增加骨料用量來補充。  (4)摻加減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少沉縮變形。  (5)外加劑混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,減少水分蒸發,減   少干燥收縮。  許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性功能,我們在工程實踐中應多進性這方面的研究,比單純改善外部條件,可能會更加簡潔、經濟。  四、混凝土的早期養護  實踐證明,混凝土常見的裂縫,大多數是不同深度的表面裂縫,其主要原因是溫度梯度造成的,寒冷地區的溫度驟降也是容易形成裂縫的。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要;從溫度應力觀點出發,現場保溫應達到下述要求:  (1)防止混凝土內外溫度差及混凝土表面梯度,防止表面裂縫。  (2)防止混凝土超冷,應該盡量設法使混凝土的施工

www.tljciu.live期最低溫度不低于混凝土的使用期的穩定溫度。  (3)防止老混凝土過冷,以減少新老混凝土間的約束。  新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發等原因常常引起水分損失,從而推遲或防礙水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養護的關鍵時期,在施工中應該切實重視起來。  五、結束語  以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關系進行了理論和實踐的初步探討 ,雖然現在對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論,但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統一,同時在實踐中的應用效果也是比較好的,具體施工中要靠我們多觀察、多比較,出現問題后多分析、多總結,結合多種預防處理措施,混凝土的裂縫是完全可以避免的。  (河南六建建筑集團有限公司  周峰、凱瑞房地產置業有限公司 左高偉

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