建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的機(jī)理分析與控制技術(shù)

1、建筑混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的機(jī)理分析與控制技術(shù)摘要：本文闡述了溫度裂縫的分類和特點(diǎn)，分析了溫度裂縫機(jī)理及其產(chǎn)生的原因，從設(shè)計措施、原材料的選擇措施和施工措施等多方面對建筑混凝土溫度裂縫控制技術(shù)進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：建筑混凝土 溫度裂縫 機(jī)理分析 控制技術(shù)1 引言 混凝土在現(xiàn)代建筑工程領(lǐng)域中占有相當(dāng)重要的地位。溫度裂縫是現(xiàn)階段混凝土施工中存在的較為普遍的質(zhì)量問題。溫度裂縫的產(chǎn)生，不僅會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)物的安全性、降低建筑物的承載能力，而且影響結(jié)構(gòu)的適用性、降低結(jié)構(gòu)物的耐久性，造成建筑物的安全隱患，危害極大，因此，對混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的機(jī)理深刻分析和對控制技術(shù)進(jìn)行探索，已日益成為研究人員和專家學(xué)者研究的課題

2、。 2 溫度裂縫的分類和特點(diǎn) 2.1 分類 混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫有微觀裂縫和宏觀裂縫之分。微觀裂縫主要有骨料和水泥石的粘著裂縫、水泥石自身的水泥石裂縫以及骨料本身的裂縫三種。微觀裂縫的擴(kuò)展即形成宏觀裂縫，它在混凝土結(jié)構(gòu)中的分布雖然難以察覺，但在溫度變化或不同的約束條件下，一旦轉(zhuǎn)化形成貫穿裂縫，則可致使建筑物結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性遭受破壞，其危害性較為嚴(yán)重，甚至影響整體建筑工程質(zhì)量。 2.2 特點(diǎn) 溫度裂縫是變形荷載引起的裂縫，屬于類荷載，與類荷載引起的裂縫相比，有其自身較為顯著的特點(diǎn)。 2.2.1 結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，當(dāng)變形得不到滿足時引起應(yīng)力，應(yīng)力超過一定數(shù)值時引發(fā)裂縫，裂縫一旦產(chǎn)生，就會發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)

3、象。所以，為控制開裂，設(shè)計時應(yīng)注意在允許范圍內(nèi)提高混凝土的變形能力。 2.2.2 不同于普通外荷載結(jié)構(gòu)內(nèi)力的形成過程，建筑混凝土的溫度變形，從產(chǎn)生變形到應(yīng)力的形成，直至裂縫的出現(xiàn)有一個時間過程，而不是在一個瞬間完成，所以，對混凝土溫度應(yīng)力的計算應(yīng)采用分段疊加的方法求得。 3 溫度裂縫機(jī)理分析及其產(chǎn)生的原因 3.1 機(jī)理分析 3.1.1 設(shè)計方面?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計中，因現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計規(guī)范沒有對溫度應(yīng)力規(guī)定明確的計算方法，設(shè)計人員通常對建筑物的強(qiáng)度及抗震性能和措施考慮得較多，而對如何控制溫度應(yīng)力、減小和避免溫度裂縫的產(chǎn)生考慮得較少。 3.1.2 施工質(zhì)量。施工中，未按設(shè)計要求對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布置，使混凝

4、土結(jié)構(gòu)抗剪能力下降，此外，保溫材料的選取、各層面的施工質(zhì)量也是產(chǎn)生混凝土溫度裂縫的重要因素。 3.1.3 內(nèi)在原因。在太陽能輻射等作用下，建筑物面板的溫度比墻體溫度高得多，所以變形也大得多，從而產(chǎn)生裂縫。 3.2 溫度裂縫產(chǎn)生的原因 3.2.1 水泥的水化熱 水泥水化過程中所釋放出的熱量，會引起結(jié)構(gòu)物2030的溫升，這些熱量聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部，其溫升隨結(jié)構(gòu)物的厚度增加而加大。無論混凝土在溫升階段，還是溫降階段，因內(nèi)部水化熱不易散失，所以結(jié)構(gòu)物中心溫度總是高于混凝土表面溫度。此外，混凝土內(nèi)外散熱速度的不同，使得結(jié)構(gòu)物中心混凝土的膨脹速率大于表面，在內(nèi)部壓應(yīng)力、表面拉應(yīng)力作用下，當(dāng)溫度梯度達(dá)到一定程

5、度時，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。 3.2.2 氣溫變化影響 混凝土施工階段，受外界氣溫變化影響較大，特別是外界溫度下降或驟降，大大增加了混凝土內(nèi)外部混凝土的溫度梯度，此溫差變形與溫度應(yīng)力成正比，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大，混凝土發(fā)生裂縫的幾率就越大。 3.2.3 約束條件與溫度裂縫的關(guān)系 混凝土結(jié)構(gòu)物變形過程，會受到結(jié)構(gòu)物的邊界條件外約束和因結(jié)構(gòu)物較大斷面非均勻的溫度分布、溫差收縮，各質(zhì)點(diǎn)的不均勻變形等產(chǎn)生的內(nèi)約束影響，產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)這種溫度變化所引起的應(yīng)力狀態(tài)超過某一限度時，結(jié)構(gòu)物即會產(chǎn)生裂縫。 3.2.4 混凝土的收縮變形 理論上，混凝土凝固過程中約有80的水分將被蒸發(fā)，水分的蒸發(fā)過程會引起混凝

6、土體積的收縮，這種收縮變形一旦受到約束條件的限制和影響，就會引起混凝土結(jié)構(gòu)物的開裂。 4 溫度裂縫控制技術(shù)研究 4.1 設(shè)計措施 4.1.1 根據(jù)實(shí)際情況采取合理的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分塊、分層和分時段的澆筑形式，應(yīng)對各分層之間混凝土澆筑的時間提出要求，保證每層表面水化熱的散發(fā)，盡量降低約束作用。應(yīng)根據(jù)溫度裂縫的要求分塊設(shè)置水平施工縫，并設(shè)置合理的連接方式。 4.1.2 設(shè)計時應(yīng)選用強(qiáng)度等級在C20C35的低強(qiáng)度混凝土。由于高強(qiáng)混凝土呈現(xiàn) “脆性”易產(chǎn)生裂縫，而且工程造價較高，所以應(yīng)避免采用水化熱較高的高強(qiáng)度混凝土。 4.1.3 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)對分布鋼筋進(jìn)行合理設(shè)置，盡量采用小直徑鋼筋、采取密間距

7、布置等對降低混凝土裂縫有較好效果的配筋方式，以減少裂縫出現(xiàn)的程度及概率。 4.2 原材料的選擇措施 4.2.1 水泥的選擇 水泥的水化熱，直接影響混凝土的溫升。因此在保證建筑物設(shè)計強(qiáng)度的前提下，應(yīng)選用低熱或者中熱的C3S及C3A等水泥，并宜對低礦碴、火山灰質(zhì)等水泥優(yōu)先選用。并應(yīng)按照水泥水化熱試驗方法(直接法)等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對所選定的水泥進(jìn)行水化熱測定。 4.2.2 粗、細(xì)骨料的選擇 為達(dá)到設(shè)計要求, 同時又能發(fā)揮水泥的有效作用，應(yīng)優(yōu)先選用自然連續(xù)級配的粗骨料，因其配制的混凝土所具有的較好的和易性，可有效減少水泥用量，并達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度； 由于采用碎石拌制的混凝土，其強(qiáng)度較高，并具有良好的抗裂性能，所

8、以選擇粗骨料時，宜優(yōu)先選用碎石； 經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)選用中粗砂做細(xì)骨料時，可減少混凝土水泥用量，而水泥用量的減少，有利于降低絕熱溫升，所以，宜采用中粗砂做細(xì)骨料； 粗、細(xì)骨料均應(yīng)對含泥量進(jìn)行嚴(yán)格控制，因為含泥量一旦超標(biāo)，混凝土的收縮性會大幅度提高，而抗拉強(qiáng)度大大下降，加劇了混凝土的溫度裂縫。 4.2.3 外加劑的選擇 建筑混凝土外加劑有減水劑、引氣劑、等多種類型，粉煤灰是建筑混凝土外加劑的一種，它對于防止混凝土裂縫、改善混凝土的施工性能有較好的效果。建筑用外加劑通常采用I級粉煤灰，但摻兌比例不宜過大，否則會造成混凝土早期強(qiáng)度低、低溫泌水大等缺陷。 4.2.4 優(yōu)化配合比 在滿足強(qiáng)度要求的情況下，

9、盡量減少水泥用量。施工前，應(yīng)反復(fù)進(jìn)行配比試驗，優(yōu)選最合適的配合比，以提高混凝土的流動性、和易性和使混凝土具有較大的抗裂能力，有效降低混凝土的絕熱溫升。 4.3 施工措施 4.3.1 控制混凝土的出機(jī)溫度 為有效降低混凝土的出機(jī)溫度，可采取降低石子溫度的方法，如夏日氣溫較高時，為防止太陽熱能的聚集，可在砂、石堆施工現(xiàn)場搭設(shè)遮陽設(shè)施，或采取向骨料噴射水霧和冷水沖洗骨料等方式降低混凝土的出機(jī)溫度。 4.3.2 降低澆筑溫度 澆筑溫度對混凝土整體溫度的影響較大，施工中首先應(yīng)對骨料與拌和水的溫度進(jìn)行控制，其次，混凝土澆筑溫度不宜超過30。 4.3.3 合理設(shè)計澆筑方式 施工時，應(yīng)根據(jù)混凝土的初凝時間、供應(yīng)能力等綜合技術(shù)條件確定澆筑方式。通常，應(yīng)將分層連續(xù)澆筑、分段分層踏步式推進(jìn)澆筑等澆筑方法科學(xué)、合理地結(jié)合起來。 4.3.4 施工工藝控制 加強(qiáng)合理確定拆模時間等工藝控制，避免混凝土表面溫度驟降而發(fā)生裂縫。 5 結(jié)論 綜上所述，建筑混凝土溫度裂縫問題是一個非常復(fù)雜的、多學(xué)科的綜合性問題。應(yīng)根據(jù)各類溫度裂縫的特點(diǎn)，對其機(jī)理和產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析和研究，才能采取有效的防控措施對建筑混凝土溫度裂縫進(jìn)行控制。 參考文獻(xiàn)： 【1】