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混凝土施工在建設工程施工中是一項非常重要的工作,施工人員必須要嚴格遵守相關施工要求規范進行施工操作,做好混凝土前期的配合比設計與后期的施工工作,保證混凝土施工質量。為了避免混凝土出現溫度裂縫問題,施工人員必須了解混凝土出現溫度裂縫的原因,并在施工中采取有效的防治措施。本文對混凝土施工中的溫度與裂縫控制措施進行了探究,以供同行借鑒。
1混凝土溫度裂縫產生的原因
混凝土溫度裂縫產生的原因很多,但最主要的原因是因為混凝土由大量的水泥、粗細骨料按照一定比例混合攪拌而成的,在澆筑后的硬化過程中,混凝土會發生水化熱反應而釋放出大量的熱量,因此內部的溫度一般要高于外部溫度,若不做好養護、保溫工作,就會形成內外溫差應力,從而導致成型混凝土出現溫差裂縫。另外,在混凝土初凝后降溫的過程中,由于受到基礎外部結構的約束,混凝土的內部會出現拉應力,當拉應力超過混凝土能承受的最大抗拉力后,混凝土表面就會產生裂縫。混凝土的內部濕度變化比較小,其表面濕度變化卻比較大,有時還會發生劇烈的變化。若養護及保溫不到位,使得混凝土表面時干時濕、內外溫差過大,此時混凝土內部受到約束,表面就會發生干縮形變,從而導致裂縫的出現。由于混凝土本身屬于一種脆性材料,是由不同的原材料混合而成,因此其水灰比不易控制在穩定程度上,尤其是在澆筑和運輸的過程中,混凝土容易出現離析現象。這樣一來,混凝土的抗拉強度就會出現不均勻現象,使得混凝土的整體抗拉能力下降,易導致混凝土出現裂縫。在建設施工中,一般要求混凝土結構不能出現拉應力,但是混凝土內外溫差的產生卻使得溫差拉應力不可避免,有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力,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。
2溫度應力分析
2.1溫度應力的形成過程
溫度應力的形成可分為三個階段,第一個階段是早期溫度應力,是從混凝土澆筑開始到放熱結束,共有30天,這一階段有兩大特點,首先是混凝土在水化熱反應中釋放出了大量的熱量,其次是混凝土彈性模量發生了較大的變化,由于彈性模量的變化,這一時期在混凝土內形成殘余應力。第二個階段是中期溫度應力,是在混凝土放熱結束到混凝土冷卻的期間,這一時期混凝土區域溫度變化不大,混凝土產生的溫度應力主要是外界氣溫變化引起的,與早期殘余應力疊加后產生,混凝土彈性模量變化非常小。第三階段是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。
2.2溫度應力引起的原因可分為兩類
2.2.1自生應力。
邊界上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。
2.2.2約束應力。
結構的全部或部分邊界受到外界的約束,不能自由變形而引起的應力。這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。
3溫度的控制和防止裂縫的措施
混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應小于20℃;當結構混凝土具有足夠的抗裂能力時,不大于25℃~30℃。在混凝土澆筑前埋好測溫孔,以便砼澆筑后及時測出其內部溫度并與空氣溫度形成對比。為了防止裂縫,減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。
3.1混凝土溫度控制應遵循以下幾點:
3.1.1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;拌合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。
3.1.2采用內部降溫法來降低混凝土內外溫差。內部降溫法是在混凝土內部預埋水管(鋼質管或PVC質管),通入冷卻水,降低混凝土內部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時就開始進行,還有常見的投毛石法,均可以有效地控制因混凝土內外溫差而引起的混凝土開裂。
3.1.3保溫法是在結構物外露的混凝土表面以及模板外側覆蓋保溫材料(如草袋、毛毯、濕砂等),在緩慢的散熱過程中,使混凝土獲得必要的強度,以控制混凝土的內外溫差小于20℃。
3.1.4混凝土表層布設抗裂鋼筋網片,防止混凝土收縮時產生干裂。
3.1.5炎熱天氣澆筑混凝土時減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱。
3.1.6規定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度。
3.1.7施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構,在寒冷季節采取保溫措施。
3.2改善約束條件的措施
3.2.1合理地分縫分塊。
3.2.2避免基礎過大起伏。
3.2.3合理的安排施工工序,避免過大的高差和側面長期暴露。
4混凝土的早期養護
混凝土養護主要是保持適當的溫度和濕度條件。混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。保溫能減少混凝土表面的熱擴散,降低混凝土表層的溫差,防止表面裂縫。混凝土澆筑后,及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋,并注意灑水養護,適當延長養護時間,保證混凝土表面緩慢冷卻。在寒冷季節,在混凝土表面應設置保溫措施,以防止寒潮襲擊。保溫應達到下述要求:
4.1防止混凝土內外溫度差過大,避免混凝土表面產生裂縫。
4.2防止混凝土超冷,應該盡量設法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩定溫度。
4.3防止老混凝土過冷,以減少新老混凝土間的約束。混凝土的早期養護,主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達到兩個方面的效果,一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進行,以期達到設計的強度和抗裂能力。
5結束語
混凝土施工需要控制好溫度應力與溫差裂縫,混凝土裂縫是建筑施工中常見的質量問題,為了保證工程施工的質量,施工人員需要嚴格按照要求進行操作,基于混凝土自身的特性,在施工中應采取措施避免水化熱反應引起混凝土內外部出現溫差裂縫。在施工的過程中,施工人員還要應用混凝土裂縫的防治措施,降低裂縫出現的可能性。混凝土施工階段出現裂縫的原因有很多,作為施工單位我們應善于總結經驗,做好早期養護與控制工作,從而保證施工的質量與效率,提高建筑工程的安全性。
作者:劉玉晗 單位:安徽省淮南市泉山中國化學工程第三建設有限公司