混凝土是建筑结构中应用最普遍的材料,随着经济突飞猛进的发展,对基础设施的要求也越来越高。但混凝土是一种非均质脆性材料,施工中经常出现温度裂缝,影响到建筑结构的整体性和耐久性,严重时可能影响建筑物的使用安全。
1 混凝土温度裂缝的特点及危害
温度裂缝是由温度变化在不同的约束条件下,致使微观裂缝扩展形成宏观裂缝。一般来说,表面裂缝如果较浅、没有发展到结构中的钢筋表面且随温度变化不再发展,通常不影响工程质量,但绝大多数是有害裂缝。混凝土内出现的裂缝,按其深度不同,可分为贯穿裂缝,深层裂缝及表层裂缝三种。贯穿裂缝切断了结构断面,可能破坏结构的整体性和稳定性,其危害性是较严重的;深层裂缝是部分切断了结构断面,也有一定的危害性;表层裂缝一般危害性较小,但处于基础或老混凝土约束范围内的表层裂缝,在内部混凝土降温过程中可能发展为贯穿裂缝[1]。
混凝土温度裂缝的危害主要有[2]:(1)影响建筑结构物的功能。大体积混凝土结构多为地下连续墙、筏板、箱型基础等,所以开裂后的主要问题之一就是地下室的渗漏问题,这个问题往往又不容易处理,给结构物的使用带来一些附加影响,比如结构的修补堵漏,不但处理困难、花费巨大,而且延长了工程的交付使用时间,降低了结构的使用功能。有时甚至会因为在结构物的使用过程中多次堵漏,出现堵漏成本高于土建成本的现象。(2)降低了建筑结构的刚度。裂缝尤其是贯穿性裂缝的出现会使结构(比如基础筏板)的刚度降低,从而影响到结构物功能的正常发挥。(3)影响混凝土的耐久性。裂缝的出现使侵蚀性介质容易进入混凝土内部,使钢筋锈蚀,混凝土腐蚀、碳化,损坏混凝土的表面,使混凝土的强度降低,进而影响混凝土的耐久性。
2 混凝土温度裂缝形成原因[3]
裂缝产生的主要原因不外乎三种:(1)由外荷载作用的直接应力,即按常规计算的主要应力引起的裂缝。(2)由外荷载作用,结构次应力引起的裂缝。许多结构物的实际工作状态同常规计算模型有出入。(3)由变形变化引起的裂缝。温度是导致混凝土产生裂缝的主要原因。
1)水泥水化热是大体积混凝土中主要温度因素。混凝土在硬结过程中,由于水泥的水化作用,在初始几天产生大量的水化热,混凝土温度升高。由于混凝土导热不良,体积较大,相对散热较小,因此形成热量的积聚。内部水化热不易散失,外部混凝土散热较快,水化热温升随壁(板)厚度增加而加大,混凝土形成一定的温度梯度,混凝土中心温度总是高于混凝土表面温度。根据热胀冷缩的原理,中心部分混凝土膨胀速率要比表面混凝土大。因此,混凝土中心与表面各质点间的内约束以及来自地基及其它外部边界约束的共同作用,使混凝土内部产生压应力,混凝土表面产生拉应力。当温度梯度大到一定程度时,表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时,混凝土表面产生裂缝。在升温阶段,混凝土未充分硬化,弹性模量小,因此拉应力较小,只引起混凝土表面裂缝。随着水泥水化反应的结束及混凝土的不断散热,大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发,降温阶段混凝土中心部分与表面部分的冷却程度不同,在混凝土内部产生较大的内约束,使收缩的混凝土产生拉应力,随着混凝土的龄期增长,抗拉强度增大,弹性模量增高,徐变影响减小。因此降温收缩产生的拉应力较大,易在混凝土中心部位形成较高拉应力区,若此时的混凝土拉应力大于混凝土此龄期的抗拉强度,则大体积混凝土产生贯穿裂缝。(2)外界气温变化的影响。大体积混凝土在施工阶段,外界气温的变化影响是显而易见的。因为外界气温愈高,混凝土的浇筑温度也愈高,而如果外界温度下降,又增加混凝土的降温幅度,特别是气温骤降,会大大增加外界混凝土与内部混凝土的温度梯度,这对大体积混凝土是极为不利的。混凝土内部的温度是水化热的绝热温度、浇筑温度和结构物的散热温降等各种温度的叠加,而温度应力则是由温差变形造成的;温差愈大,温度应力也愈大。(3)约束条件与温度裂缝的关系。各种结构物在变形变化中,必然会受到一定的约束或抑制而阻碍变形,这就是指的约束条件。大体积混凝土由于温度变化会产生变形,而这种变形又受到约束,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,便引起裂缝。
3 混凝土温度裂缝防控措施[4]
为了防止裂缝,不仅控制大体积混凝土内部最高温度和内外温差,还要从改善结构约束条件、混凝土性能等方面进行控制。
(1)合理的设计:设计时采取合理的结构形式和合理的分块,工程施工中应根据温度裂缝的要求进行分块,且设置必要的连接方式。合理设置分布钢筋,尽量采用小直径、密间距布置,变截面处配置加强分布筋。在改善结构物的约束条件不影响使用时,宜在混凝土垫层上设置滑动层。(2)原材料的选择:选择混凝土原材料,优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较强的抗裂能力,具体说,就是要求混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热量比较小、线膨胀系数较小,自生体积变形最好是微膨,至少是低收缩。主要措施就是选用C3S及C3A含量低的中、低热水泥,这样可有效的降低混凝土温升。粗骨料宜优先选用自然连续级配,可以适当减少水泥用量,达到相应的强度,使混凝土均匀、易密实。在选择粗骨料时,优先选用碎石,用碎石拌制的混凝土有较高的强度、良好的抗裂性能。掺加粉煤灰不仅可以改善混凝土的和易性,也能明显地改善其干缩性和脆性;既可以降低混凝土的水化热,同时还有明显的经济效益。(3)施工中注意的问题:为了有效降低大体积混凝土内外温差,在大体积混凝土施工中常采用分块浇筑,施工时要注意混凝土的浇筑顺序。在冬季施工时,必须注意保温,特别是初凝期注意混凝土表面防冻。混凝土表面易出现泌水现象,若出现应及时排除,以提高混凝土质量。(4)混凝土的早期养护[5]:混凝土浇筑完成后,及时采取保温保湿措施。这样做的目的是保持适宜的温湿条件,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,同时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。
4 结语
为了减少温度裂缝,降低裂缝的危害,工作人员需要精心设计、施工,根据产生裂缝的原因,采取一定的措施进行控制,使建筑物、构筑物更好地发挥其社会效益。
摘要：建筑工程中混凝土结构的应用越来越多,但施工中常出现温度裂缝,严重影响了建筑物的使用安全。本文对建筑工程混凝土温度裂缝产生的原因进行分析,探讨了温度和施工方面相应的防治措施。
关键词：混凝土,温度裂缝,防治措施
参考文献
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[2] 沈雪良,胡建平,邓纯国.混凝土温度裂缝及预防措施[J].山西水利,2008(3):57～58.
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[5] 梁明虎.浅谈混凝土的施工温度与裂缝[J].农村实用科技信息,2009(9):46～47.