混凝土的施工温度与裂痕控制的领会
毕业论文
2014/3/21
【摘 要】经过多年的施工理论，现场察看，查阅有关混凝土内部应力方面的专著，剖析了混凝土温度裂痕产生的缘由，对混凝土温度的控制和预防裂痕停止总结。
【关键词】混凝土;温度应力;裂痕;控制
Concretes construction temperature and crack control experience
Zheng Yongyong Lu Lihua Li Wei
【Abstract】Through many year construction practices, the spot inspection, the consult related concretes internal stress aspect’s monograph, has analyzed the reason which the concretes temperature crack produces, carries on the summary to the concretes temperature’s control and the prevention crack.
【Key words】Concretes; Temperature stress; Crack; Control
混凝土的裂痕较为普遍，在建筑工程中裂痕简直无所不在。虽然我们在施工中采取各种措施，当心慎重，但裂痕依然时有呈现。究其缘由，阐明我们对混凝土温度应力变化的认识还不够，控制其规律和控制才能缺乏。
施工中混凝土常常呈现温度裂痕，影响到构造的整体性和耐久性，在大致积混凝土施工中，温度应力控制对裂痕的开展具有重要意义。温度变化对构造的应力状态具有显著的不容无视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂痕，因而本文仅对施工中混凝土裂痕的成因和处置措施谈一些领会。
1. 裂痕的缘由
混凝土中产生裂痕有多种缘由，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不平均性，以及构造不合理，原资料不合格（如碱骨料反响），模板变形，根底不平均沉降等。
混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不时上升，在外表上惹起拉应力。后期在降温过程中，由于遭到根底或老混凝上的约束，又会在混凝土内部呈现拉应力。气温的降低也会在混凝土外表惹起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂才能时，即会呈现裂痕。
许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但外表湿度可能变化较大或发作猛烈变化。如养护不周、时干时湿，外表干缩形变遭到内部混凝土的约束，也常常招致裂痕。混凝土是一种脆性资料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只要（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限拉伸变形也只要（1.2～2.0）×104。由于原资料不平均，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度也会产生不平均现象，存在着抗拉才能较低，易于呈现裂痕的单薄部位。在钢筋混凝土构造中，拉应力主要是由钢筋承当，混凝土只是接受压应力，则大多依托混凝土承当。但普通工程设计中请求不呈现拉应力或者只呈现很小的拉应力只要预应力混凝土构造，普通钢筋混凝土构造普遍都存在拉应力，设计也允许带裂痕工作，但对裂痕的宽度的请求。在混凝土施工中当由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，常常在混凝土内部惹起相当大的拉应力，有时温度应力可能会超越其它外荷载所惹起的应力，因而控制温度应力的变化规律，关于控制施工过程中的裂痕开展极为重要。
2. 温度应力的剖析
依据温度应力的构成过程可分为以下三个阶段：
（1）早期：自浇筑混凝土开端至水泥放热根本完毕，普通约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土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部构成剩余应力。
（2）中期：自水泥放热作用根本完毕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剂及外界气温变化所惹起，这些应力与早期构成的剩余应力相叠加，在此期间混凝土的弹性模质变化不大。
（3）晚期：混凝土完整冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所惹起，这些应力与前二种的剩余应力相叠加。
依据温度应力惹起的缘由可分为两类：
（1）自生应力：边境上没有任何约束的构造，假如内部温度是非线性散布的，由于构造自身相互约束而呈现的温度应力。例如，桥梁墩身，构造尺寸相对较大，混凝土冷却时外表温度低，内部温度高，在外表呈现拉应力，在中间呈现压应力。
（2）约束应力：构造的全部或局部边境遭到外界的约束，不能自在变形惹起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。
这两种温度应力常常和混凝土的干缩所惹起的应力共同作用。要想依据已知的温度精确剖析出温度应力的散布、大小是一项比拟复杂的工作。在大多数状况下，需求依托模型实验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松弛，计算温度应力时，必需思索徐变的影响。
3. 温度的控制和避免裂痕的措施
为了避免裂痕，减少温度应力，可从控制温度和改善约束条件两个方面着手。
控制温度的措施如下：
（1）采用改善骨料级配，用于硬性混凝土，掺混合料，加惹起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冷水将碎石冷却以降低混凝土的初始浇筑温度；
（3）浇筑混凝土时减少浇筑厚度，应用浇筑层面散热；
（4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温。
（5）规则合理的拆模时间，气温骤降时停止外表保温，以免混凝土外表发作急剧的温度变化；
（6）施工中长期暴露的混凝土外表或薄壁构造，在冰冷时节采取保温措施；
改善约束条件的措施如下：
（1）合理地分缝分块；
（2）防止根底过大起伏；
（3）合理的布置施工工序，防止过大的高差和侧面长期暴露；
此外，改善混凝土的性能，减少水灰比，掺入抗裂纤维等措施，进步抗裂才能，增强养护，避免外表干缩，对避免裂痕是非常重要，应特别留意防止产生贯串裂痕，形成对其构造的整体性危害。
在混凝土的施工中，为了进步模板的周转率，常常请求新浇筑的混凝土尽早拆模。应恰当思索拆模时间，以免惹起混凝土外表的早期裂痕。新浇筑早期拆模，在外表惹起很大的拉应力，呈现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的分发，外表惹起相当大的拉应力，此时外表温度亦较气温为高，此时撤除模板，外表温度骤降，必然惹起温度梯度，从而在外表产生附加拉应力，与水化热应力叠加，再加上混凝土干缩，外表的拉应力会到达很大的数值，就有招致裂痕的风险，但假如在撤除模板后及时在外表掩盖保温资料，关于避免混凝土外表产生过大的拉应力，具有显著的效果。
加筋对大致积混凝土的温度应力影响很小，由于大致积混凝土的含筋率极低。在温度不太高及应力低于屈从极限的条件下，钢筋的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢筋的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小，在温度变化使两者间只发作很小的内应力。由于钢筋的弹性模量是混凝土弹性模量的7～15倍，当内混凝土应力到达抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超越100～200kg/cm2。因而，在混凝土中想要应用钢筋来避免细小裂痕的呈现很艰难。但加筋后构造内的裂痕普通就变得数目多、间距小，且宽度与深度也小了。而且假如钢筋的直径细而间距密时，对进步混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土构造的外表常常会发作细而浅的裂痕。固然这种裂痕普通都较浅，但它对构造的强度和耐久性有一定的影响。
为保证混凝土工程质量，避免开裂，进步混凝土的耐久性，这确运用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如运用减水防裂剂，在理论中总结出其主要作用为：
（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，是混凝土干缩变形。增大毛细孔经可降低毛细管外表张力，但会使混凝土强度降低。这个外表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要素，运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要素，掺加减水防裂剂的混凝土在坚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）减水防裂剂能够改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。
（5）进步水泥浆与骨料的粘结力，进步混凝土抗裂性能。
（6）混凝土在收缩时遭到约束力产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂痕就会产生。减水防裂剂可有效的进步混凝土抗拉强度，大幅度进步混凝土的抗裂性能。
（7）掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效的进步混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。
（8）掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间恰当，在有效避免水泥疾速水化防热根底上，防止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，外表易抹平，构成水膜，可减少水分蒸发，减少枯燥收缩。许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功用，我们在工程理论中应多停止这方面的实验比照和研讨，比单纯的靠改善外部条件，可能会愈加简捷、经济。
4. 混凝土的早期养护
理论证明，混凝土常见的裂痕，大多数是不同深度的外表裂痕，其主要缘由是温度梯度形成，或是温度骤降构成裂痕。因而，混凝土的保温对避免外表早期裂痕特别重要。
从温度应力观念动身，保温应到达下述请求：
（1）避免混凝土内外温度差及混凝土外表梯度，避免外表裂痕。
（2）避免混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土运用期的稳定温度。
（3）避免曾经浇筑的混凝土过冷，以减少新老混凝土之间的约束。
混凝土的早期养护，主要目的在于坚持适合的温湿条件，已到达两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，避免有害的冷缩和干缩，一方面使水泥水化作用顺利停止，以到达设计的强度和抗裂才能。
适合的温湿度条件是互相关联的，混凝土的保温措施常常也有保湿的效果。
从理论上剖析，新浇混凝土中所含水分完整能够满足水泥水化的请求而有余。但由于蒸发等缘由常惹起水分损失，从而推延或阻碍水泥的水化，外表混凝土最容易而且直承受到这种不利影响，因而混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应实在应注重起来。
5. 完毕语
以上是对混凝土的施工温度与裂痕之间的关系停止了理论和理论上的初步认识和领会，固然学术界关于混凝土裂痕的成因和计算办法有不同的理论，但关于详细的预防和改善措施意见还是比拟统一，同时在理论中的应用效果也是比拟好的，详细施工中要靠我们多察看、多比拟，呈现问题后多剖析、多总结，分离多种预防处置措施，混凝土的裂痕是完整能够控制的。
【关键词】混凝土;温度应力;裂痕;控制
Concretes construction temperature and crack control experience
Zheng Yongyong Lu Lihua Li Wei
【Abstract】Through many year construction practices, the spot inspection, the consult related concretes internal stress aspect’s monograph, has analyzed the reason which the concretes temperature crack produces, carries on the summary to the concretes temperature’s control and the prevention crack.
【Key words】Concretes; Temperature stress; Crack; Control
混凝土的裂痕较为普遍，在建筑工程中裂痕简直无所不在。虽然我们在施工中采取各种措施，当心慎重，但裂痕依然时有呈现。究其缘由，阐明我们对混凝土温度应力变化的认识还不够，控制其规律和控制才能缺乏。
施工中混凝土常常呈现温度裂痕，影响到构造的整体性和耐久性，在大致积混凝土施工中，温度应力控制对裂痕的开展具有重要意义。温度变化对构造的应力状态具有显著的不容无视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂痕，因而本文仅对施工中混凝土裂痕的成因和处置措施谈一些领会。
1. 裂痕的缘由
混凝土中产生裂痕有多种缘由，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不平均性，以及构造不合理，原资料不合格（如碱骨料反响），模板变形，根底不平均沉降等。
混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不时上升，在外表上惹起拉应力。后期在降温过程中，由于遭到根底或老混凝上的约束，又会在混凝土内部呈现拉应力。气温的降低也会在混凝土外表惹起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂才能时，即会呈现裂痕。
许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但外表湿度可能变化较大或发作猛烈变化。如养护不周、时干时湿，外表干缩形变遭到内部混凝土的约束，也常常招致裂痕。混凝土是一种脆性资料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只要（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限拉伸变形也只要（1.2～2.0）×104。由于原资料不平均，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度也会产生不平均现象，存在着抗拉才能较低，易于呈现裂痕的单薄部位。在钢筋混凝土构造中，拉应力主要是由钢筋承当，混凝土只是接受压应力，则大多依托混凝土承当。但普通工程设计中请求不呈现拉应力或者只呈现很小的拉应力只要预应力混凝土构造，普通钢筋混凝土构造普遍都存在拉应力，设计也允许带裂痕工作，但对裂痕的宽度的请求。在混凝土施工中当由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，常常在混凝土内部惹起相当大的拉应力，有时温度应力可能会超越其它外荷载所惹起的应力，因而控制温度应力的变化规律，关于控制施工过程中的裂痕开展极为重要。
2. 温度应力的剖析
依据温度应力的构成过程可分为以下三个阶段：
（1）早期：自浇筑混凝土开端至水泥放热根本完毕，普通约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土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部构成剩余应力。
（2）中期：自水泥放热作用根本完毕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剂及外界气温变化所惹起，这些应力与早期构成的剩余应力相叠加，在此期间混凝土的弹性模质变化不大。
（3）晚期：混凝土完整冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所惹起，这些应力与前二种的剩余应力相叠加。
依据温度应力惹起的缘由可分为两类：
（1）自生应力：边境上没有任何约束的构造，假如内部温度是非线性散布的，由于构造自身相互约束而呈现的温度应力。例如，桥梁墩身，构造尺寸相对较大，混凝土冷却时外表温度低，内部温度高，在外表呈现拉应力，在中间呈现压应力。
（2）约束应力：构造的全部或局部边境遭到外界的约束，不能自在变形惹起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。
这两种温度应力常常和混凝土的干缩所惹起的应力共同作用。要想依据已知的温度精确剖析出温度应力的散布、大小是一项比拟复杂的工作。在大多数状况下，需求依托模型实验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松弛，计算温度应力时，必需思索徐变的影响。
3. 温度的控制和避免裂痕的措施
为了避免裂痕，减少温度应力，可从控制温度和改善约束条件两个方面着手。
控制温度的措施如下：
（1）采用改善骨料级配，用于硬性混凝土，掺混合料，加惹起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冷水将碎石冷却以降低混凝土的初始浇筑温度；
（3）浇筑混凝土时减少浇筑厚度，应用浇筑层面散热；
（4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温。
（5）规则合理的拆模时间，气温骤降时停止外表保温，以免混凝土外表发作急剧的温度变化；
（6）施工中长期暴露的混凝土外表或薄壁构造，在冰冷时节采取保温措施；
改善约束条件的措施如下：
（1）合理地分缝分块；
（2）防止根底过大起伏；
（3）合理的布置施工工序，防止过大的高差和侧面长期暴露；
此外，改善混凝土的性能，减少水灰比，掺入抗裂纤维等措施，进步抗裂才能，增强养护，避免外表干缩，对避免裂痕是非常重要，应特别留意防止产生贯串裂痕，形成对其构造的整体性危害。
在混凝土的施工中，为了进步模板的周转率，常常请求新浇筑的混凝土尽早拆模。应恰当思索拆模时间，以免惹起混凝土外表的早期裂痕。新浇筑早期拆模，在外表惹起很大的拉应力，呈现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的分发，外表惹起相当大的拉应力，此时外表温度亦较气温为高，此时撤除模板，外表温度骤降，必然惹起温度梯度，从而在外表产生附加拉应力，与水化热应力叠加，再加上混凝土干缩，外表的拉应力会到达很大的数值，就有招致裂痕的风险，但假如在撤除模板后及时在外表掩盖保温资料，关于避免混凝土外表产生过大的拉应力，具有显著的效果。
加筋对大致积混凝土的温度应力影响很小，由于大致积混凝土的含筋率极低。在温度不太高及应力低于屈从极限的条件下，钢筋的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢筋的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小，在温度变化使两者间只发作很小的内应力。由于钢筋的弹性模量是混凝土弹性模量的7～15倍，当内混凝土应力到达抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超越100～200kg/cm2。因而，在混凝土中想要应用钢筋来避免细小裂痕的呈现很艰难。但加筋后构造内的裂痕普通就变得数目多、间距小，且宽度与深度也小了。而且假如钢筋的直径细而间距密时，对进步混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土构造的外表常常会发作细而浅的裂痕。固然这种裂痕普通都较浅，但它对构造的强度和耐久性有一定的影响。
为保证混凝土工程质量，避免开裂，进步混凝土的耐久性，这确运用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如运用减水防裂剂，在理论中总结出其主要作用为：
（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，是混凝土干缩变形。增大毛细孔经可降低毛细管外表张力，但会使混凝土强度降低。这个外表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要素，运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要素，掺加减水防裂剂的混凝土在坚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）减水防裂剂能够改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。
（5）进步水泥浆与骨料的粘结力，进步混凝土抗裂性能。
（6）混凝土在收缩时遭到约束力产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂痕就会产生。减水防裂剂可有效的进步混凝土抗拉强度，大幅度进步混凝土的抗裂性能。
（7）掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效的进步混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。
（8）掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间恰当，在有效避免水泥疾速水化防热根底上，防止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，外表易抹平，构成水膜，可减少水分蒸发，减少枯燥收缩。许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功用，我们在工程理论中应多停止这方面的实验比照和研讨，比单纯的靠改善外部条件，可能会愈加简捷、经济。
4. 混凝土的早期养护
理论证明，混凝土常见的裂痕，大多数是不同深度的外表裂痕，其主要缘由是温度梯度形成，或是温度骤降构成裂痕。因而，混凝土的保温对避免外表早期裂痕特别重要。
从温度应力观念动身，保温应到达下述请求：
（1）避免混凝土内外温度差及混凝土外表梯度，避免外表裂痕。
（2）避免混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土运用期的稳定温度。
（3）避免曾经浇筑的混凝土过冷，以减少新老混凝土之间的约束。
混凝土的早期养护，主要目的在于坚持适合的温湿条件，已到达两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，避免有害的冷缩和干缩，一方面使水泥水化作用顺利停止，以到达设计的强度和抗裂才能。
适合的温湿度条件是互相关联的，混凝土的保温措施常常也有保湿的效果。
从理论上剖析，新浇混凝土中所含水分完整能够满足水泥水化的请求而有余。但由于蒸发等缘由常惹起水分损失，从而推延或阻碍水泥的水化，外表混凝土最容易而且直承受到这种不利影响，因而混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应实在应注重起来。
5. 完毕语
以上是对混凝土的施工温度与裂痕之间的关系停止了理论和理论上的初步认识和领会，固然学术界关于混凝土裂痕的成因和计算办法有不同的理论，但关于详细的预防和改善措施意见还是比拟统一，同时在理论中的应用效果也是比拟好的，详细施工中要靠我们多察看、多比拟，呈现问题后多剖析、多总结，分离多种预防处置措施，混凝土的裂痕是完整能够控制的。
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