混凝土溫度變形裂縫的成因與控制
【 信息發(fā)布時間：2011-11-15 閱讀次數(shù)：】
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□顧亦農(nóng)
大體積砼結(jié)構(gòu)由于在水泥水化過程中釋放的水化熱引起的溫度變化和砼本身的收縮受到外界約束作用時，就會在砼內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過砼的抗拉極限，裂縫也就隨之產(chǎn)生。由于這些裂縫往往給工程帶來不同程度的危害，因此控制溫度應(yīng)力和溫度變形裂縫的發(fā)展是大體積砼結(jié)構(gòu)施工中所面臨的一個重大課題。
一、大體積混凝土施工裂縫的成因
砼是一種多種材料組成的非勻質(zhì)材料，其抗拉強度遠(yuǎn)小于抗壓強度，當(dāng)拉應(yīng)力超過砼的抗拉強度，就產(chǎn)生了裂縫甚至達(dá)到破壞。大體積結(jié)構(gòu)砼的裂縫，有表面裂縫和貫穿裂縫兩種，這兩種裂縫都有一定的危害性。相對來說，貫穿裂縫會影響結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性和正常使用，甚至于結(jié)構(gòu)安全。裂縫產(chǎn)生的主要原因有以下幾種：
1.由于外荷載引起的：這種裂縫發(fā)生最為普遍，即按常規(guī)計算的主要應(yīng)力引起的。
2.結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的：這種裂縫是由于結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)與計算假設(shè)模型存在差異而引起的。
3.變形變化引起的：這種裂縫由于溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起變形。
砼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間常常是相互影響，相互制約的。如果砼結(jié)構(gòu)截面尺寸較大，內(nèi)部的溫度和濕度分布不均勻，這樣就約束了砼結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同部位的變形。同樣砼結(jié)構(gòu)的變形也有來自外部結(jié)構(gòu)的影響。大體積砼由于水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用，此種溫度應(yīng)力是導(dǎo)致砼產(chǎn)生裂縫的主要原因。
二、防止產(chǎn)生裂縫的主要措施
(一)控制砼溫升
1.選用水化熱低的水泥。水化熱是水泥熟料水化所放出熱量。為使砼減少升溫，可以在滿足設(shè)計強度要求的前提下，減少水泥用量，盡量選用中低熱水泥。一般工程可選用礦渣水泥或粉煤灰水泥。
2.利用砼的后期強度。據(jù)試驗數(shù)據(jù)表明，每立方米的砼水泥用量，每增減10公斤，砼溫度受水化熱影響相應(yīng)升降1℃。因此根據(jù)結(jié)構(gòu)實際情況，對結(jié)構(gòu)的剛度和強度進行復(fù)算并取得設(shè)計和質(zhì)檢部門的認(rèn)可后，可用f45、f60或f90替代f28作為砼設(shè)計強度，這樣每立方米砼的水泥用量會減少40～70千克/立方米。相應(yīng)的水化熱溫升也減少4℃～7℃。
利用砼后期強度主要是從配合比設(shè)計入手，并通過試驗證明28天之后砼強度能繼續(xù)增長。在預(yù)計的時間能達(dá)到或超過設(shè)計強度。
3.摻入減水劑和微膨脹劑。摻加一定數(shù)量的減水劑或緩凝劑，可以減少水泥用量，改善和易性，推遲水化熱的峰值期。而摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥，也可以減少砼的溫度應(yīng)力。
4.摻入粉煤灰外摻劑。在砼中加入少量的磨細(xì)粉煤灰取代部分水泥，不僅可降低水化熱，還改善砼的塑性。
5.骨料的選用。連續(xù)級配粗骨料配制的砼具有較好的和易性，較少的用水量和水泥用量以及較高的抗壓強度。另外，砂、石含泥量要嚴(yán)格控制。砂的含泥量控制在小于2%，石的含泥量控制在小于1%。
6.降低砼的出機溫度和澆筑溫度。首先要降低砼拌合溫度。降低砼出機溫度的最有效的辦法是降低石子的溫度，在氣溫較高時，要避免太陽的直接照射骨料，必要時向骨料噴射水霧或使用前用冷水沖洗骨料。
另外砼在裝卸、運輸、澆筑等工序都對溫度有影響。為此，在炎熱的夏季，應(yīng)盡量減少從攪拌站到入模的時間。
(二)采用保溫或保溫養(yǎng)護，延緩砼降溫速度
根據(jù)不同的施工季節(jié)，為減少砼澆筑后所產(chǎn)生的內(nèi)外溫差，夏季主要應(yīng)采用保濕養(yǎng)護，冬季應(yīng)保溫養(yǎng)護。大體積砼結(jié)構(gòu)終凝后，其表面蓄存一定深度的水，具有一定的隔熱保溫效果，縮小了砼內(nèi)外溫差，從而控制裂縫的開展。而基礎(chǔ)工程大體積砼結(jié)構(gòu)拆模后，宜盡快回填土，避免氣溫驟變產(chǎn)生有害影響，亦可延緩降溫速率，避免產(chǎn)生裂縫。
(三)改善施工工藝，提高砼抗裂能力
1.采用分層分段法澆筑砼，有利于砼消化熱的散失，減小內(nèi)外溫差。
2.改善配筋，避免應(yīng)力集中，增強抵抗溫度應(yīng)力的能力，孔洞周圍，變斷面轉(zhuǎn)角部位，轉(zhuǎn)角處都會產(chǎn)生應(yīng)力集中。為此在孔洞四周增配斜向鋼筋，鋼筋網(wǎng)片，在變截面作局部處理使截面逐漸過渡，同時增配抗裂鋼瀝，都能防止裂縫的產(chǎn)生。值得注意的是，配筋要盡可能應(yīng)用小直徑和小間距，按全截面對稱配置。
3.設(shè)置后澆帶。對于平面尺寸過大的大體積砼，應(yīng)設(shè)置后澆帶，以減少外約束力和溫度應(yīng)力；同時也有利于散熱，降低砼的內(nèi)部溫度。
4.做好溫度監(jiān)測工作，及時反映溫差，隨時指導(dǎo)養(yǎng)護，控制砼內(nèi)外溫差不超過25℃。
裂縫是砼結(jié)構(gòu)工程普遍存在的問題，不僅影響建筑物的觀感，更重要的是不利于結(jié)構(gòu)的防水和抗?jié)B要求，也降低建筑物的耐久性，甚至于影響結(jié)構(gòu)的承載能力。裂縫的發(fā)生與發(fā)展有多方面的原因，在提高施工企業(yè)人員素質(zhì)和使用更合理的施工工藝的同時還要認(rèn)真貫徹事前、事中、事后控制的原則，加大職能部門的監(jiān)管力度，不為工程留下任何隱患。
(作者單位：浙江八達(dá)建設(shè)集團有限公司)