温度和收缩裂缝（共4篇）
温度和收缩裂缝 篇1
1 裂缝种类及相关控制措施
1.1 塑性塌落裂缝
一般多在混凝土浇筑过程中或浇筑成型后,在混凝土初凝前发生,由于混凝土拌合物中的骨料在在自重作用下缓慢下沉,水向上浮,即所谓的泌水。若是素混凝土,混凝土内部下沉是均匀的。若是钢筋混凝土,钢筋上面的混凝土被钢筋支顶,而钢筋两侧及下方的混凝土产生下沉,则混凝土沿钢筋表面产生顺筋裂缝。
这种塑性塌落裂缝,对于大流动性混凝土或水灰比较大的混凝土尤为严重,一般情况,塑性塌落裂缝深度多达钢筋的表面,裂缝宽度一般1~2mm。
要避免这种裂缝的出现,应做到:选用合理的配合比,水灰比要适当,尽量减小混凝土的坍落度,减少细骨料的用量;浇筑时加强振捣,保证振捣密实;二次抹压工序,在混凝土终凝前进行二次压面,以消除表面裂纹。
1.2 塑性收缩裂缝
一般多在混凝土浇筑后,还处于塑性状态时,由于天气炎热、蒸发量大、大风或混凝土本身水化热高等原因,而产生裂缝。
要避免这种裂缝的出现,应做到:使用合理的配合比,选用合适的减水剂减少水的用量;尽量减少细骨料的用量;采用二次抹压工序,在混凝土终凝前进行二次压面,将表面压实;注意保水养护,浇筑后要及时覆盖养护,高温天气要覆盖、洒水降温,刮风天气要采用塑料薄膜进行覆盖养护。
1.3 干缩裂缝
一般多在混凝土硬化过程中,由于混凝土失水干燥,引起体积收缩变形,这种体积变形受到约束时,就可能产生干缩裂缝。混凝土因失水干燥,引起的体积变形,主要是由于胶体中毛细管压力所造成的,混凝土中毛细管孔隙,在混凝土干燥过程中逐渐失水,毛细管也逐渐变形产生毛细压力,导致混凝土产生体积收缩,如果混凝土水灰比增大,毛细管孔隙也增多,混凝土体积收缩也相应增大。
当混凝土周围有约束存在时,混凝土内部将产生拉应力和拉应变,当其拉应力超过混凝土抗拉强度极限值或其应变超过混凝土极限变形值时,混凝土就会产生干缩裂缝。
要控制和预防干缩裂缝应注意做到:施工过程中控制好混凝土的水灰比,因细骨料收缩性较大,应采用适当的方法减少水泥用量;浇筑后应立即覆盖、养护,防止水分的流失;成形前要进行二次抹压、收面;对于地基梁部分当强度达到要求后要及时进行埋填,减少在空气中暴露时间;预埋管线时要采取措施固定好,现浇板一般都比较薄,应用绑线将埋管紧贴下网钢筋固定,遇到管线集中、交叉或较粗管线时,要在其上面增加钢筋网片以控制开裂。
1.4 温度裂缝
一般是由于外界温度变化,使混凝土产生胀缩变形,这种变形即为温度变形,混凝土的温度线性膨胀系数为1.0×10-5~1.5×10-5。当混凝土构件受到约束时,将在混凝土构件内产生应力,当由此产生的混凝土内部的拉应力超过混凝土抗拉强度极限值时,混凝土便产生温度裂缝。
对于一般工业与民用建筑,在夏季屋面受到太阳辐射影响,表面温度最高可达55~65℃,而室内温度一般在25~35℃;在冬季,屋面温度约为-10~15℃,而室内温度一般为16~22℃,即屋面内外将有25~30℃温差,当屋面保温、隔热达不到节能设计标准时,将导致构件间(如板、梁、柱等构件)产生温度变形或温度变形差,加之混凝土结构间有约束存在时,将会导致混凝土出现温度裂缝。由于屋面保温隔热性能不佳产生的温度裂缝,往往具有顶层重、下层轻;两端重、中间轻;向阳重、背阴轻,且随温度变化而变化的特点。
混凝土结构的温度裂缝,由于其约束程度不同,将产生较大的差异。混凝土约束大致可分为“外约束”和“内约束”两大类:“外约束”是指一个物体受到其它物体的阻碍,一个结构变形受到另一个结构的阻碍,这种物体与物体之间,结构与结构之间的相互牵制作用称作“外约束”;“内约束”是指一个物体或一个物体本身各质点之间的相互约束作用成为“内约束”。混凝土结构产生的温度裂缝,绝大部分与“外约束”有关,少部分是由于“内约束”所造成。
混凝土构件存在约束程度不同,其温度裂缝形状亦有较大差异,例,由于屋面保温、隔热性能不好,导致预应力混凝土屋面板接缝裂缝;预应力大型屋面板在温度作用,特别是在有较大温差的情况下,由于支座焊接的约束,产生温度起伏变形,导致屋面板之间接缝裂缝或屋面板面四角出现斜向裂缝;现浇屋面板由于有刚度较大的钢筋混凝土约束,当有较大温差时导致屋面板与梁交界处产生水平裂缝,甚至在梁端出现斜向裂缝;表面积较大,厚度较薄的现浇混凝土楼板、屋面板,由于混凝土梁的约束,其温度裂缝的多在端板四大角部位出现近45°的斜向裂缝;短肢剪力墙结构现浇板,由于剪力墙的约束,其温度裂缝在剪力墙约束较大的部位,出现斜向裂缝;由于屋面保温隔热未达到建筑节能设计标准要求,导致混凝土结构端单元墙体出现八字裂缝;剪力墙内外温差较大时,由于框架的约束作用,造成剪力墙出现竖向裂缝。总谈温度裂缝,由于与温度场分布、温差大小、约束程度以及结构构件的类型不同,其温度裂缝的形状和发生部位,都有较大的差异,同时,还会随时间的推移,温度裂缝会逐渐展开,甚至恶化,温度裂缝是混凝土裂缝中较为复杂的一类。
因为使用环境温度是不以人们的意志为转移的,所以防止温度裂缝重在设计预控,设计时应考虑充足的保温与导热系数,在易开裂的部位增设加强筋,选用温度线性胀缩率低的材料等。
2 结语
混凝土结构施工过程中常见的裂缝尽管有十几种类型,但其特点和形成规律各不相同,在实际工程中,往往裂缝形成的原因是多种因素造成的,实际施工过程中混凝土出现的开裂,绝大多数都是由干缩、冷缩、温度应力、早期塑性收缩和自生收缩等多种收缩叠加所致。其中有主要因素,也有次要因素,因此分清主次因素,对混凝土结构裂缝原因给出科学正确的“诊断”,对于防止混凝土结构裂缝才是至关重要的,才能对症下药,减少或避免有害裂缝的发生。
温度和收缩裂缝 篇2
目前目前高速公路的施工中常涉及到大体积混凝土施工。它主要的特点就是体积大，一般实体最小尺寸大于或等于1m。由于它的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，使混凝土内外形成较大温差，从而产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上分析它，来保证施工的质量。大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土内部因素：由于内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素：结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗压强度较大，但抗拉强度却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝，对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制, 大体积混凝土产生温度裂缝的机理
大体积混凝土产生温度裂缝，是混凝土随着温度变化而发生膨胀或收缩的结果。一方面是混凝土由于内外温差而产生应力和应变，另一方面是结构物的外部约束和混凝土各质点间的约束，应阻止这种应变。一旦温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。现将产生裂缝的主要原因分述如下：
产生裂缝的主要原因有以下几方面：
1、水泥水化热
水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构 1 断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3-5天。
2、外界气温变化
大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不水泥水化热。
温度应力是由于温差引起温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60-65℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。
3、混凝土的收缩
混凝土中约20％的水分是水泥硬化所必须的，而约80％的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。
4、约束条件与温度裂缝的关系
大体积混凝土由于受到温度变化会产生变形，而这种变形又受到自身和外界的约束，便产生了应力，这就是温度变化引起的应力状态。而当应力超过某一数值时，便引起裂缝。
通过对大体积混凝土产生裂缝的机理分析，在施工过程中主要从降低水泥水化热、通水散热、混凝土养护、严格控制拆模时间等几方面做好混凝土温度控制工作，确保内外温差控制在25℃以内，尽量降低混凝土内部温度的升降速率。从而提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀的性能。由于承台承重较大，决不允许出现有害裂纹，施工时温度裂缝的控制是保证承台施工质量的关键。因此防止大体积混凝土产生温度裂缝要采取以下的措施：
1、选用合适的原材料和合适的砼配合比
水泥选用水化热低、凝结时间长，能有效地降低混凝土内绝热温升，达到低水化热品种的水泥效果，掺加适量的粉煤灰和EC-4型缓凝高效减水剂，以改变混凝土流变特性及降低水泥水化热； 混凝土的粗集料选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土绝热温升。细骨料采用选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土绝热温升，并可减少混凝土收缩。含泥量小于2％，3 细度模数控制在2.5左右；水为饮用水。
2、浇注过程中的控制
a、控制混凝土的入模温度和环境温度，使用的水泥既要新鲜又必须经过一段时间的冷却，不宜使用新出窑的水泥，向拌合用水内加破碎冰块，从而降低混凝土的拌合温度。
b、混凝土采用分层连续灌注，一次成型，分层厚度宜为30cm左右，分层间隔灌注时间不得超过试验所确定的混凝土初凝时间，以防出现施工冷缝；
c、混凝土振捣深度对于大面积分层浇注混凝土，如果下层混凝土已进入初凝或即将初凝，则振捣棒振捣时不宜插入下层，以达下层表面为宜，如下层混凝土未达初凝可插入下层5cm，保证下层在初凝前再进行一次振捣，使混凝土具有良好的密实度，防止漏振，也不能过振，确保质量良好；
3、大体积混凝土养护时的温度控制
大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工的温度控制，防止因温度变形引起混凝土的开裂。人工的温度控制有两种方法：一种是采用内部降温法来降低混凝土内外温差，可在混凝土内部埋设冷却水管和测温点，通过冷却水循环，降低混凝土内部温度，减小内表温差，控制混凝土内外温差小于25℃，通过测温点测量，掌握内部各测点温度变化，以便及时 4 调整冷却水的流量，控制温差；另外一种是保温法：是在结构物外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂、泡沫塑料等），在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃。由于在混凝土浇筑过程中，福州地区雨季来临，气温较低，使混凝土内外温差加大，因此采取了保温法的措施：在构件表面覆盖麻袋和土工布以保持混凝土内外温差不大于20℃。
控制温度裂缝应根据工程的具体情况选择施工措施：可以控制大体积混凝土水泥用量，选用低水化热水泥，掺加合适的外加剂，优化混凝土配合比，完善浇注工艺，以及加强养护工作和温度检测工作等。
温度和收缩裂缝 篇3
基于使用功能、结构性能及抗震的要求, 住宅建筑中现浇混凝土楼板取代预制板成为必然。泵送商品混凝土因其在工程质量、工期和环保上的独特优点, 在施工中被广泛推广使用, 但是随之产生的问题愈来愈突出。虽然裂缝的出现和存在并不一定影响结构的承载力, 但可以肯定的是裂缝会降低结构的耐久性, 并且影响正常的使用。所以裂缝问题是评价工程质量的一个重要指标, 有必要分析裂缝的原因并加以控制。
1 施工期裂缝的成因
1.1 楼板施工期非荷载裂缝的情况
根据对施工期开裂工程的调查, 归纳裂缝情况如下:
(1) 使用商品混凝土的楼板发现的裂缝多于使用现场搅拌混凝土的楼板;地下室顶板和屋面出现的裂缝多于其它楼层。
(2) 裂缝一般出现在建筑物中部的板区格内, 平行于板短边方向;在角部区格内, 也经常出现45°裂缝。
(3) 裂缝大多上下贯穿, 长度、宽度不等。
(4) 裂缝发生时间, 一般在该楼板浇筑后3个～6个月。
(5) 裂缝出现概率大的工程, 施工期大多在冬、夏两季。
(6) 浇筑3 h～4 h左右, 板面会出现不规则的表面裂缝, 裂缝宽度最大者一般在表层钢筋上部, 深度可达保护层。
1.2 成因分析
具体工程的构件形式、使用材料、所处环境不同, 裂缝的主要成因也有差别。楼板中的裂缝按形状也可分为表面裂缝和贯穿裂缝。表面裂缝多发生于新浇混凝土板面, 形状很不规则。产生的原因主要是浇筑时振捣反浆, 使表面水灰比增大, 浇筑大流动性的混凝土尤其是这样。浇筑后, 混凝土表面受到日晒、风吹的影响, 水份蒸发, 表面混凝土收缩受到底层混凝土的约束, 由于此时表面抗拉强度极低, 不足以抵抗收缩应力而开裂。此类裂缝属终凝前的干缩裂缝, 混凝土硬化后裂缝不再发展, 不影响结构的承载力, 可以不做处理而直接做楼板面层。
住宅建筑基本使用商品混凝土, 由于泵送施工工艺对混凝土流动性要求, 同现场搅拌混凝土相比, 商品混凝土有以下特点: (1) 水泥用量较多, C20～C60范围为350 kg/m3～600 kg/m3; (2) 含砂率高, 约为38%～45%; (3) 添加掺和料; (4) 水灰比大, 用水量增加; (5) 石子粒径偏小; (6) 浇灌速度快。这些都决定了混凝土在硬化过程中会产生较大的收缩变形, 施工环境温度骤变会加剧变形的发展。高层住宅的竖向承重构件大多是剪力墙或框筒, 侧向刚度远大于砖砌体和混凝土柱, 楼板混凝土的收缩会受到竖向承重构件的约束, 而在板内产生拉应力。当在某一瞬间由混凝土收缩产生的拉应力大于同期材料抗拉强度 (或者最大约束应变大于极限拉伸) 时, 裂缝就不可避免地产生, 这就是贯穿裂缝产生的主要原因。因这种裂缝影响结构的承载力及刚度, 故是施工中控制的重点。
近年来, 国内外学术界在混凝土结构裂缝的研究上取得了长足的进展, 根据可查文献从数值计算的角度对施工中楼板裂缝进行研究的模型比较有限。文献[1]提出了一个两对边约束, 另一个两对边为自由边的梁板模型, 如图1所示, 在使用中存在一定的局限性。这里作者提出一个四边约束的模型[2]来计算分析平行于板边的裂缝, 如图2所示。垂直于板角平分线方向的45°裂缝, 已有文献探讨, 这里不再赘述。
2 计算模型
首先引入一个侧向阻力系数Cx (y) 的概念, 表示侧向约束边 (y向) 单位面积在x向产生单位位移所需的力。其实它也是侧向约束构件 (混凝土墙或筒体) 的平面外抗侧刚度的另外一种表示, 属于结构力学方面的问题。
2.1 基本假定
(1) 均匀温差和均匀收缩为主要因素, 在计算温度收缩应力时, 不考虑板的内外温差。
(2) 外约束应力作非刚性假定, 即r=-CxU, σL/2=Cx (Y) UL/2
式中Cx为水平阻力系数, 具体取值可参考文献[1]。
(3) H≤0.4L时, 按均匀受力计算中部截面温度应力σxmax。
(4) 不考虑热传导对板的滞后效应, 忽略板的内外温差。
对于假定 (3) 在具体工程中很多楼板是不满足的, 这时应做一个换算。板中任一点的温度收缩应力由二对边约束, 即Cx的约束和二侧边约束, Cx (y) 的约束叠加而成, 二侧边的约束应力全截面均布, 其值为Cx (y) UL/2, UL/2表示板边的侧移值。由Cx而产生的约束应力σx, 最大值在约束边, 离开约束边向上, 应力迅速衰减。文献[1]在计算一端自由一端受约束的地基上高墙时, 一律是按H=0.2L换算的。
本文模型的两对边都是约束的, 按照这个思想当H->2×0.2L时, 换算如下:如图3示, 其中σL/2=Cx (y) UL/2, 在板全截面均匀分布。而由Cx引起的应力σx, 仅在计算高度0.2L的范围内沿Y向均匀分布, 在计算高度外不予考虑, 取H-=2×0.2L。
2.2 温度收缩应力计算
在板任意一点x处, 取一段dx长的微体 (如图3所示, 板厚为t) 。
N=σxHt+σL/2 (H—H-) t
Q=rtdx
由Σx=0
N+dN-N+2Q=0 (1)
σxHt+2rtdx=0
d2U/dx2-2Cx/HE·U=0 (2)
任意点的位移由约束位移与自由位移合成:
U=Uσ+aTx (3)
令β=√2Cx/H-E
则这样问题就转化为解下述二阶微分方程的问题:
d2U/dx2-β2U=0 (4)
边界条件为x=0时, U=0
X=L/2时, σL/2=Cx (y) (5)
解方程 (4) 得到:
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σx是引起裂缝的主要应力, 其最大值发生在x=0处
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该值乘上应力松驰系数H (t, r) 得徐变应力
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式中 E—混凝土弹性模量;
a—混凝土线膨胀系数, 取a=1.0×10-5/℃:
T—约束体与被约束体之间的温差, 含收缩当量温差;
L, H-—板长、宽;
H-—混凝土板的换算宽度, 当H≤0.4L时, 取H一=H;当>0.4L时, 取H-=0.4L;
Cx—水平阻力系数, 即板约束边剪应力与水平变位成线性的比例系数;
Cx (y) —约束边的侧向阻力系数;
H (t, r) —应力松驰系数, 查文献[1]
为了较准确地计算施工期楼板混凝土的温度应力, 考虑弹性模量的变化及松驰系数随时间的变化, 将温差分为许多区段△T, 各段内将E (i) , 及H (t, r) 看作常量, 最后叠加得:
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式中 △Ti——将温差差分为n段, △Ti为第i段温差;
Ei (t) ——对应于第i段时间段的混凝土弹性模量;
Hi (t, r) ——对应于第i段时间段的应力松驰系数。
应用公式 (10) 可计算任意时间的应力状态, 在实践中利用式 (9) 计算出的结果已能满足工程精度的要求。具体工程中应根据裂缝出现的实践经验, 验算施工期混凝土浇筑后出现最不利应力状态的时间段。值得注意的是, 一旦裂缝出现后, 计算模型马上发生改变, 有关参数的取值应作相应改动。
2.3 参数分析
由式 (9) 可以看出, 温度收缩应力与温差T (含收缩当量温差) 、板尺寸L、水平阻力系数Cx侧向阻力系数Cx (y) 、弹性模量E和应力松驰系数H (t, r) 有直接的关系。
温差T中含有收缩当量温差, 当温度变化为突然变化时, 由温度变化而引起的内力不再考虑徐变的有利影响, 即H (t, r) =1, 而此时结构中已存在收缩引起的内力, 这一部分的内力要考虑混凝土徐变的有利影响, 所以, 这时应把T分开考虑。
关于Cx, 当在混合结构的砖墙上浇筑楼板时, 文献[1]显示Cx取0.3N/mm2。而在混凝土梁上浇筑楼板时, 文献[1]显示Cx取1.5N/mm2。在剪力墙或简体上浇筑楼板时, Cx的取值目前尚无可靠的文献数据, 但可以肯定的是取值要大于1.5N/mm2, 这也是高层住宅楼板较混合结构楼板容易出现裂缝的一个原因。
当Cx (y) →0时, 即模型二侧边自由边时, 式 (10) 变为
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同文献[1]的结果相同。
具体实践中有Cx (y) →0的情况, 如整体来考虑整块楼板时, 工程中间几层楼板施工期相近, 每层相差仅几天时间, 所处的施工环境又相同, 混凝土板同时产生温差, 同时收缩, 互相之间通过竖向构件产生的约束很小时, Cx (y) →0。
有时楼面结构较复杂, 很有必要将整个楼面划分的若干个区格来分别计算温度应力, 以求计算模型与实际状况相符合。
高温季节在浇筑混凝土楼板后不久有较大较快幅度降温时, 尤其应当引起重视, 因为此时不但温差大, 而且较快的温度变化, 应力松驰系数H (t, r) =1, 将对板的温度应力不再产生有利的影响。
为了减少温度收缩应力从而控制裂缝的产生, 在具体工程中可以从减少结构物长度L, 减少阻力系数, 减少混凝土收缩, 控制温差和充分利用混凝土徐变应力松弛系数着手。其中前二者属于设计措施, 后面的属于施工措施。
3 裂缝控制
国内外论述混凝土裂缝控制的文献已有不少, 因篇幅限制, 这里仅结合本文模型, 就施工措施中的控制温差及减少混凝土收缩的方法略做探讨。
楼板中产生贯穿裂缝的原因仍然是温差和收缩在混凝土中产生的拉应力大于混凝土的抗拉强度。楼层结构在标准施工条件下, 由温差和收缩引发的应力分别占80%及20%左右, 温差是主要矛盾。同中大体积混凝土相比, 楼板施工过程中受外界温度变化的影响大, 而且影响直接, 故裂缝控制的重点应放在如何降低混凝土浇筑后的最高温度上。
3.1 控制温差
楼板浇筑后最高温度是浇筑温度、水化热绝热温升与浇筑后自然散热的代数和。控制温差的具体措施有:
(1) 在制备混凝土时, 降低各种原材料的入机温度, 尤其是水和石子的温度。
(2) 降低混凝土的入模温度。尽量减少商品混凝土的运输时间和等待时间, 在混凝土输送车的转筒上经常浇水散热, 在输送管道上, 可以采用湿草包包裹湿润散热。
(3) 做好施工组织, 尽量选择夜间施工, 减少阳光的辐射。
(4) 在上述基础上, 因楼板混凝土不存在内外温差引发表面裂缝的危险, 所以在降温阶段尽量给予散热降温, 从而降低终凝后的最高温度。
3.2 改进配合比
由于商品混凝土可泵性的要求, 配置混凝土时的加水量远大于水泥水化时的用水量, 加上水泥用量大、石子粒径小等原因, 使混凝土终凝后的收缩量加大。这个方面的控制措施有:
(1) 掺入高效减水剂。可大幅度减水, 降低水灰比, 极大地提高极限拉伸强度、混凝土的弹性模量和极限拉伸应变, 提高了混凝土的抗裂性能, 而且同基准混凝土相比, 并不增加收缩。同时, 在保证相同的工作性能、强度的前提下, 降低水泥用量, 进而降低水化热。后掺法施工的水泥用量和用水量比先掺法减少10%, 而且后掺法的含气量有所减少强度有所增高。试验还发现, 高效减少剂滞后于水几分钟加入时, 混凝土的流动性显著提高。
(2) 掺入膨胀剂。在混凝土中掺入一定数量的膨胀剂, 养护期间产生适度的膨胀, 膨胀能转变为0.2 MPa～0.7 MPa的预压应力储存在结构中, 这一压应力可以抵消导致混凝土开裂的部分或全部拉应力。膨胀量的80%主要发生在7 d～14 d内, 2个月内膨胀作用基本发挥完毕, 和施工中裂缝出现高峰的时间一致, 对控制混凝土施工中早期裂缝尤其有利。
(3) 控制用水量及适当降低水灰比。现浇板泵送混凝土的用水量应控制在180 kg/m3以下, 混凝土的坍落度高层应控制在18 cm以下, 中高层应小于15 cm。
3.3 保证浇筑质量
在混凝土浇筑的1 h～1.5 h后, 混凝土尚未凝结之前, 对混凝土进行二次振捣, 表面要压实抹光, 提高混凝土密实度, 以提高混凝土的抗拉强度。
3.4 加强早期养护
由于板的表体比大, 而且在高处, 过大的风速会加快水分的蒸发, 加剧混凝土的干缩, 使得浇筑早期的失水收缩大。早期养护对混凝土板的收缩影响很大, 有资料显示, 养护14 d的收缩比养护3 d的收缩可降低约20%左右, 因此, 应采取有效的养护措施, 并确保养护期。混凝土养护的关键是及早进行养护和保持充分湿润。开始养护的时间随气温、湿度、风速等而定。气温在25 ℃以上, 一般在混凝土即将初凝时开始覆盖淋水养护, 养护时间在7 d以上。
4 结语
上述模型是一个分析混凝土板温度收缩应力的简化数值计算模型, 利用该模型可以大致估计混凝土板中温度收缩裂缝出现的位置和各参数在温度收缩应力中的“贡献”, 为相应的控制措施提供理论依据。但由于在理论推导中引入了一些假定与实际工程并不完全吻合。如:
(1) 楼板在硬化早期, 下层约束体 (墙或者简体) 的物理指标未达设计强度并且是变量;
(2) 下层约束体在硬化过程中本身也存在收缩, 而且这种收缩并不是自由收缩, 使得阻力系数的取值有些难度;
(3) 对变荷载作用下混凝土的徐变研究, 目前资料也不多, 所以, 为了获得更准确的温度收缩应力数据, 还需对上述问题做进一步研究。 [ID:4443]
参考文献
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.
[2]李磊.钢筋混凝土结构施工中裂缝分析及控制研究[D].上海:同济大学土木工程学院, 2000.
温度和收缩裂缝 篇4
混凝土中产生裂缝有多种原因, 主要是温度和湿度的变化, 混凝土的脆性和不均匀性, 以及结构不合理, 原材料不合格, 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上的约束, 又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。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上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 应力的分析
(1) 早期:
自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束, 一般约30天。这个阶段的两个特征, 一是水泥放出大量的水化热, 二是混凝上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, 在此期间混凝上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迭加。
3 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, 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。
(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护栏混凝土。
4 温度的控制和防止裂缝的措施
(1) 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。
(2) 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。
(3) 热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度, 利用浇筑层面散热。
(4) 在混凝土中埋设水管, 通入冷水降温。
(5) 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。
(6) 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。
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, 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7~15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100~200kg/cm2..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。而且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。
5使用外加剂也是减少开裂的措施之一
(1) 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六十年代就已被国际上所确认。
(2) 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25%。
(3) 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15%的水泥用量, 其体积用增加骨料用量来补充。
(4) 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。
(5) 提高水泥浆与骨料的粘结力, 提高的混凝土抗裂性能。
(6) 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。
(7) 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。
(8) 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。
(9) 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。
6 混凝土的早期养护
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、湿度变形的侵袭, 防止有害的冷缩和干缩。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。
7 结语
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。
摘要：混凝土也称砼, 是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶结材料, 骨料和水按一定比例配制, 经搅拌振捣成型, 在一定条件下养护而成的人造石材。混凝土具有原料丰富, 价格低廉, 生产工艺简单的特点, 因而使其用量越来越大;同时混凝土还具有抗压强度高, 耐久性好, 强度等级范围宽, 使其使用范围出十分广泛, 不仅在各种土木工程中使用, 就是造船业, 机械工业, 海洋的开发, 地热工程等, 混凝土也是重要的材料。
关键词：混凝土,温度应力,裂缝,控制
参考文献
[1]贾应春, 崔清强.苏通大桥辅桥主墩承台大体积混凝土施工温度控制[J].桥梁建设, 2006, (1) .
[2]孙世国, 白会人, 林国棋, 等.钢渣、粉煤灰混凝土强度特性的实验研究[J].北方工业大学学报, 2005, (1) .