摘要:混凝土随着温度的变化而发生膨胀或收缩现象,称之为温度变形。对于大体积混凝土施工阶段来说,裂缝主要是由温度变形引起的。怎样减少温度变形,是当前国内外一个重要的研究课题。
关键词:大体积混凝土;裂缝
大体积混凝土在施工阶段所以会产生裂缝,是其内外矛盾发展的结果。一方面由于水泥水化热引起的结构物内外温差过大(即中心温度高、表面温度低)而产生的温度应力和温度变形,另一方面是结构物的内外约束要阻止这种变形。一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时,即会出现裂缝。
1减少收缩对裂缝的影响分析
水灰比。水灰比的变化对于干燥收缩和自身收缩的影响正相反,即当混凝土的水灰比降低时干燥收缩减小,而自身收缩增大。如当水灰比大于0.5时,其自干燥作用和自身收缩相比小得可以忽略不计;但是当水灰比小于0.35时,体内相对湿度会很快降低到80%一下,自身收缩与干缩则接近各占一半。
粉煤灰含量。研究表明,粉煤灰含量对混凝土的自身收缩有较大影响,随着粉煤灰掺量的增加,混凝土自身收缩会有所降低,特别时早期收缩降低得非常明显,后期靠混凝土自身较大的弹性模量,抑制继续硬化引起的自收缩。这是由于掺入粉煤灰后,相对减少了水泥用量,从而降低了混凝土的早期硬化速度,自收缩减少。但应注意,粉煤灰掺量超过20%后,减小自收缩的效果并不显著。
养护及膨胀。目前,通常用加强养护的方法减小混的收缩,养护条件对混凝土的收缩影响很大,养护14天的收缩比养护3天的收缩降低约20%。环境的相对湿度越高,收缩越小。但高强混凝土的内部结构密实,表面的养护水难以渗透到混凝土内,体内的自身收缩现象仍然显著。因此加强养护的办法对减小高强混凝土的自身收缩并不十分有效。
配筋情况。混凝土的组合材料包括水凝、水、砂、石、外加剂及掺合料等组分相互物理化学作用硬化称为一种多空隙复合材料,由于初始温度收缩应力作用而形成内部许多微观裂缝,这种裂缝在外力作用下不断扩展,成为宏观裂缝,继续扩展导致素混凝土迅速破坏。
2减少温度裂缝的方法
减少温度裂缝一般可以从控制混凝土的温度与改善约束条件两方面着手。
温度控制工艺与比较。目前,对于防止水泥水化热引起的结构物开裂,在温控工艺上一般可以归纳为两大类,第一类是降温法,即在混凝土浇注成型后,通过循环的冷却水进行降温,以减少混凝土内外的温差;第二类是保温法(又称隔热法),即在混凝土浇注成型后,通过保温材料(如常用的模板、草袋、锯末、湿砂、油布、塑料布等)、碘钨灯或定时喷浇热水等方法,提高混凝土表面及四周散热面的温度。
采用保温法控制温度的原理,就是利用混凝土的初始温度加上水泥水化热的温升,使结构物在养护过程中,降温速率减慢,这样就能控制混凝土的内外温差,从而防止混凝土因温差过大引起变形而产生的温度裂缝。由于这种方法简便价廉,因此,受到国内外工程界的关注。
保温法适宜的施工时间。一般而言,采用保温法施工的大体积混凝土,应避开炎夏季节,同时也不得在负温下施工,最适宜的施工温度为10～30℃.如果施工管理和安排得当,这是不难实现的,这样可取得最佳的技术经济效果。
如必须在夏日施工,日平均气温不宜高于30℃,同时应对混凝土的原材料进行预冷却,使其浇筑温度控制在25℃以内。必须看到,夏天的日平均气温变化对混凝土的浇筑温度有明显的影响。美国方坦那(Fan tana)坝测温资料表明,不仅1d内混凝土的表面温度和内部温度变化远大于相应的外界气温,而且在24h内气温的变幅也比较大。
当在低温季节施工时混凝土的入模温度应根据外界气温与结构四周的保温情况,通过热工计算确定,而且不低于+10℃.混凝土入模温度过低,就无法控制混凝土内外温差小于20℃的要求。因此,当气温低于+5℃时,应对混凝土中的原材料进行加热搅拌。原材料的加热温度应遵守冬期施工的有关规定。在低温季节提高混凝土的入模温度,还有利于混凝土的强度增长和提高结构物的抗裂能力。
保温法适宜的施工时间。大体积混凝土保温的规模往往很大,因此,除了满足必要的隔热和保温要求以外,在材料选择上应尽量就地取材,并考虑施工简单和经济。
保温层应根据工程特点、气候和施工条件等选用以下几种构件:
结构物表面。南方地区气温在15℃以上施工时,对于裸露的混凝土表面可采用层状材料或一般简便的散状材料,如湿砂、锯末等覆盖。北方地区以及低温季节施工时,必须采取多种层状材料覆盖;此时如遇气候骤变时,还应特别注意将保温材料紧密固定于混凝土的表面,以便形成不透风的维护层,否则保温效果就差。
结构物四周。除按规定设有模板保护外,在南方地区可在预制模板外侧再覆盖层状保温材料。在北方地区及低温季节施工时,必须采用有填充材料的双层箱行保温模板,或再在外侧覆挂层状保温材料。
保温材料覆盖时间与降温速度
覆盖时间。采用保温法控制温度时,必须注意保温材料的覆盖时间。因为炎热夏季施工,如在混凝土浇筑后立即覆盖保温材料,不利于降低混凝土内部的最高温度,增加了后期产生深层裂缝的危险性。为此,可以在内外温差控制的允许范围内,通过调整保温的时间加以解决。如在气温较低季节。混凝土浇筑后应立即保温养护,而在下及施工混凝土,宜在混凝土开始降温时进行保温养护。
降温速度。混凝土表面裂缝多数发生在浇筑初期,而初期的表面温度骤降是引起表面裂缝的外因。当日平均气温在2～4d内连续下降6～9℃,未满28d龄期的混凝土表面(未加覆盖)可能产生裂缝。因此,在保温法施工中,仍需要注意控制降温速度。特别是在结构拆除模板和保温材料后,更应及时进行回填土加以保护。混凝土后期保护不当引起裂缝的现象也常有发生。
蓄水养护效果。大体积混凝土结构厚实,数量众多,为阻止表面水分蒸发过快,有利于强度的增长,混凝土初期的浇水养护是非常重要的。混凝土不浇水养护与正常浇水养护比较,不仅强度降低40%～45%,而且收缩也比较大(正常混凝土每m收缩0.15～0.2mm),抗裂性能差。
鉴于混凝土是一种水硬性材料,在养护阶段又离不开水,因此采用“蓄水法“养护混凝土,不仅能满足强度增长的需要,而且对于温度控制也是十分有利的。
采用蓄水法的温控工艺比较简单,即在混凝土终凝后,于结构物的水平面上,沿着四周砌砖,并在围砌内蓄水以计算深度的水。根据实践经验,也可以在结构物四周支模时,在模板高度中预留“蓄水”深度的尺寸。这样,不仅省去砌砖的麻烦,而且还会取得更佳的经济效果。
本文将收缩对裂缝的影响结合采用保温法进行裂缝控制做了一定的论述,借鉴了很多研究人员的研究成果,但仍不很全面,影响混凝土裂缝的因素非常复杂,是一个非常广博的课题。随着高标号混凝土的大量应用,也越来越引起工程人员和研究人员的注意,相信随着工程实践及科学研究的不断进行,会找到越来越多预防及控制混凝土裂缝的方法。
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.
[2]覃维祖.混凝土的收缩、开裂及其评价与防治[J].混凝土,2001,6
[3]块体基础大体积混凝土施工技术规程(YBJ224-91)北京:冶金工业出版社.
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