混凝土的施工温度与裂缝问题探究

２　　：Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆＲＲｏｖａｔｉｏＲ　Ｈｅｒａｌｄ　混凝土的施工温度与裂缝问题探究　（１．河北联合大学材料与工程学院　河北唐山摘于启洋１＿　０６３０００；　２．唐山华拓工程项目管理有限公司　河北唐山建筑科学　０６３０００）　要：混凝土因其整体强度较高、可模型、耐久性、耐火性好；易于取材，成本低等优点广泛应用于各英民用建筑的建遗，如何对　混凝土结构的裂缝进行控制，是保证混凝土结构可靠性的首要前提，本文粗浅的探讨了施工温度对混凝土裂缝的影响。　关键词：混凝土　温度　裂缝　探究　中图分类号：ＴＵ４　５　２　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６　７４—０９８ｘ（２０１１）０４（ａ）一００　２０—０２　引言　普通混凝土（以下简称混凝土）一般由　水泥、砂、石和水所组成。为改善混凝土的　某些性能，还常加入适量的外加剂和掺合　料。在混凝土中，砂、石起骨架作用，故称为　骨料或集料；水和水泥形成水泥浆，包裹在　骨料的表面并填充其空隙。在混凝土硬化　前，水泥浆、外加剂与掺合料起润滑作用，　赋予拌合物一定的流动性，便于施工操作。　水泥浆硬化后，则将砂、石骨料胶结成一个　结实的的整体。砂、石一般不参与水与水泥　的化学反应，其主要作用是节约水泥、承担　荷载和限制硬化水泥的收缩。外加剂、掺合　料除了起改善混凝土性能的作用外，还有　节约水泥的作用。混凝土因其强度较高、可　模型、耐久性、耐火性好及现浇混凝土结构　的整体性、延性好、易于取材、成本低等优　点广泛应用于各类民用建筑的建造。由于　混凝土结构的使用依赖于其良好的整体　性，必须要严格控制混凝土结构的裂缝，以　保证建筑物的可靠性；笔者通过多年的现　场施工实践，查阅了大量的相关文献，对混　泥土施工温度对裂缝的影响进行了粗浅的　均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉　应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷　却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土　内部引起相当大的拉应力。有时温度应力　可超过其它外荷载所引起的应力，因此掌　握温度应力的变化规律对于进行合理的结　构设计和施工极为重要。　２温度应力的分析　温度应力根据其形成过程可分为以下　三个阶段：　（１）前期：从浇筑混凝土开始至水化热　放热基本结束，一般约２８天。这个阶段混凝　土放出大量的水化热，致使其弹性模量发　生急剧变化，由于弹性模量的变化，这一时　期在混凝土内部形成残余应力。　（２）中期：从水化热放热作用基本结束　时起至混凝土冷却至稳定温度时止。在这　个时期，温度应力主要是由于混凝土的冷　却及外界气温变化所引起，这个时期产生　的应力与早期形成的残余应力相叠加。　（３）后期：是指混凝土完全冷却以后的　运转时期。温度应力主要是外界气温变化　所引起，这种应力与前两种的残余应力相　探究。　叠加。　根据温度应力引起的原因可分为两　１裂缝产生的原因　１）自生应力：边界上没有任何约束或完　混凝土中产生裂缝有多种原因，主要有　类：（温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀　全静止的结构，如果内部温度是非线性分　性、结构不合理、原材料不合格（如碱骨料反　布的，由于结构本身互相约束而出现的温　度应力。例如，转换层其结构尺寸相对较　应）、模板变形以及基础不均匀沉降等。　混凝土硬化期间释放出大量水化热，　大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度　内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后　高，在表面出现拉应力，在中间出现压应　期在降温过程中，由于受到基础或老混凝　力。（２）约束应力：结构的全部或部分边界受　上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。　到外界的约束，不能自由变形而引起的应　　气温的降低也会在混凝土表面引起很大的　力。如箱梁顶板混凝土或护栏混凝土。这两种温度应力往往和混凝土的干缩　拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂　能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部　所引起的应力共同作用，使混凝土构件因应　　湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可　力集中形成裂缝，从而影响结构的可靠性。能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、　时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土　３温度的控制和防止裂缝的措施　为了防止裂缝，减轻温度应力可以从　的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种脆　　性材料，抗拉强度是抗压强度的１／ｌ　０左　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　右，短期加载负荷时的极限拉伸变形只有　（０．６～１．０）ｘ　１０　，长期加载负荷时的极限位　料级配，优先选用低水热化的矿渣水泥拌　　伸变形也只有（１．２～２．０）ｘ　１０　，由于原材料　制混凝土，并适当使用缓凝剂、掺混合料、不均匀，水灰比不稳定及运输和浇筑过程　加引气剂或塑化剂、在保证混凝土设计强　中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉　度等级的前提下适当降低水灰比等措施来　２）降低混凝土　强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力　减少混凝土中的水泥用量；（很低、易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混　的入模温度，如降低拌合水温度（拌合水中　凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土　加冰屑或用地下水）；骨料用水冲洗降温，避　只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混　免暴晒；运输过程中注意遮阳保温等；（３）热　凝上的边缘部位如果结构内部出现了拉应　天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑　力，则需依靠混凝土自身承担。一般设计中　层面散热；（４）在混凝土中预埋冷却水管，通　入冷水降将混凝土内部热量带出，进行人　工导热；（５）及时对混凝土覆盖保温、保湿材　料并进行养护，气温骤降时进行表面保温，　以免混凝土表面发生急剧的温度梯度，（６）　施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄　壁结构，在寒冷季节采取保温措施；　改善约束条件的措施是：（１）合理地分　缝分块；（２）避免基础出现过大起伏，（３）合理　的安排施工工序，避免过大的高差和侧面　长期暴露；　此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能　力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证　混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应　特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢　复其结构的整体性是十分困难的，因此施　工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。　在混凝土的施工中，为了提高模板的　周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆　模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑　拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂　缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉　应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑　初期，由于水化热的散发，表面引起相当大　的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此　时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度　梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热　应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应　力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，　但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一层　轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混　凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的　效果。　增加钢筋数量对大体积混凝土的温度　应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋　率低；但对一般的钢筋混凝土有影响。在温　度不太高及应力低于屈服极限的条件下，　钢材的各项性能是稳定的，而与应力状态、　时间及温度无关。钢材的线胀系数与混凝　土线胀系数相差很小，在温度变化时两者　间只发生很小的内应力。由于钢材的弹性　模量为混凝土弹性模量的７～ｌ　５倍，当内混　凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的　应力将不超过１００～２００ｋｇｆ／ｃｍ　。因此，在　混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的　出现很困难。但增加钢筋后结构内的裂缝　般就变得数目多、间距小、宽度与深度较　小了；而且如果钢筋的直径细而间距密时，　一对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土　和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而　浅的裂缝，其中大多数属干干缩裂缝。虽然　这种裂缝一般都较浅，但它对结构的强度　和耐久性仍有一定的影响。　（下转２３页）　２Ｏ　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　建筑科学　签订合同协议书并收到履约保证后，业　主即应尽快将投标保证金退还给投标者。　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｓｙ　Ｉｎｎｏｖａｔ—ｉｏｎ　ＨｅｒａｌｄＢ盟回圈■ｉ■　■　五　丘　一　（８）材料定货采购　（３）办理施工所需的种准建手续；　（４）及时提供施工图纸或对承包商负责　（９）办理人员进场的有关手续等。　３．１．３办理保险、保函（若合同有规定）　设计的图纸给予批复；　（５）按时向承包商支付各种款项；　般主要工作有：　３施工合同的履行　（１）选择金融机构，办理履约保函、预付　（６）及时签发工程变更指令；　施工合同签订后即具有法律约束力，　　（７）对承包商的信函及时给了’答复；　合同双方当事人均应严格按照合同规定履　款保函等；（２）选择保险机构，办理工程险、第三者　（８）及时组织工程竣工验收；　行自已的义务，才能实现自己的权利。施工　　（９）主持解决合同变更和纠纷处理；　合同履行的过程即是完成整个合同中规定　责任险等。（１０）批准监理工程师｝：报的有关报告　任务的过程，也即从工程准备、施工、竣工、　３．１．４筹措工程所需资金　主要工作有：　等。　试运行直至维修期结束的全过程。这个过　３．２．２监理工程师的职责　程有时时间很长，某些大型工程往往需要　（１）分析工程收入与支出情？兄；　（２）编制现金周围计划；　根据业主的授权，监理工程师可部分　３—５年甚至更长的时间，因此合同履行过程　中的问题十分重要。　（３）估算工程流动资金需要量；　或全部履行业主代表的职责，主要负责工　（４）多渠道筹措工程所需资金（如公司　程的进度控制、质量控制、投资控制和合同　３．１施工合同履行的准备工作　施工合同签订后，承包商应做好开工　内部垫资、银行贷款等）。　管理以及工程协调工作。　３．１．４研究合同文件　３．２．３承包商的职责　前的准备工作，在业主或监理工程师下达　开工令后尽快开工。承包商的准备工作主　主要工作有：　（１）制订工程施工实施计划并报监理工　（１）组织有关人员，学习、研究合同文　要有：　程师批准；　　（２）负责提供工程所需的有关管理人员　３．１．１组织项目经理部，落实施工队伍　件；主要工作有：　（２）建设现场合同管理机构，确定合同　和劳动力；　管理人员及职责；　（３）按合同要求采购工程所需的有关材　（１）挑选项目经理及其他主要人员；　（２）选择其他工程管理人员和施工队　（３）建立合同管理制度和方法等。　料，并接受监理工程师的柃查；　（４）严格按合同要求施工，１：程质量达　伍；　３．２施工合同履行中各方的职责　（２）落灾分包单位，并签订分包合同；　在施工合同中明确了业主和承包商的　到合同要求；　（５）按合同要求按时完成全部【程项目　（４）建立项目管理的各种规章制度等。　权利，义务和职责，监理工程师的权利、义　务虽然在业主与监理工程师的监理合同中　的施工；　３．１．２施工准备　加以规定，但在施工合同中也应对监理工　（６）制订施工安全措施、质量保证措施　主要工作有：　程师的权力和职责的范围有明确的、具体　和现场文明施工办法；　（１）接收现场、办理现场交接手续；　（７）按合同要求负责设备的采购、运输、　（２）领取有关文件（如图纸、技术规范、　的规定。以下概括性地介绍在施工合同履　行中，业主、监理工程师和承包商的职责：　检查、安装、高度及试运行；　工程质量表等）；　（３）建立现场生活和生产基地；　３．２．１业主的职责　（８）按合同要求负责工程有关的设计工　（１）选定业主代表、任命监理工程师，并　作，并报监理工程师批准；　（４）编制施工进度计划，包括人员进场、　各项目材料设备进场时间；　’　以书面形式通知承包商；　（９）接受或执行监理工程师的检查和有　（５）编制付款计划表；　（２）及时提供合格的施】：现场，并按合　关指令；　同规定完成通水、电、所、现场内道路等准　（１０）遵守【程所在国的法律、法规；　（６）提交现场管理机构及名单；　（７）采购机械设备；　备工作；　（１１）负责：【程竣１ｌＩ后的维修等。　一（上接２０页）　为保证混凝土工程质量，防止开裂，提　高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是　减少开裂的措施之一。　例如使用减水剂，在实践中总结出其　主要作用为：　（１）混凝土巾存在大量毛细孔道，水蒸　发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝上　持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效　（８）掺减水剂后混凝土缓凝时间适当，在　果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形　有效防止水泥迅速水化放热慕础上，避免因　的侵袭，防止有害的冷缩和千缩。一方而使　水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的　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，表面易　强度和抗裂能力。适宜的温湿度条件是相互关联的。混　摸平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥　凝ｌ卜的保温措施常常也有保湿的效果。　收缩。　许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改　从理论上分析，新浇混凝土中所含水　化收缩。　　千缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表　善塑性的功能，我们在工程实践中应多进　分完全可以满足水泥水化的要求而有余。行这方面的实验对比和研究，比单纯的靠　但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而　推迟或防碍水泥的水化，表面混凝　最容　（２）水灰比是影响混凝土收缩的重要因　改善外部条件，可能会更加简捷、经济。　易而且直接受到这种不利影响。闪此混凝　素，使用减水剂可使混凝土用水量减少２５％。　土浇筑后的最初ＪＬ灭是养护的关键时期，　（３）水泥用量也是混凝土收缩率的重要　４混凝土的早期养护　实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数　在施工中应切实熏视起来。　因素，掺入减水剂的混凝土在保持混凝土　强度的条件下可减少】５％的爪泥用量，其　是不同深度的表面裂缝，其士要原因是温　体积用增加骨料用量来补充。　度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形　５结语　以上对混凝土的施工温度与裂缝之间　（４）减水剂可以改善水泥浆的稠度，减　成裂缝。因此说混凝土的保温对防止表面　面张力，但会使混凝土强度降低。　少混凝土泌水，减少沉缩变形。　（５）提高水泥浆与骨料的粘结力，提高　早期裂缝尤其重要。　的关系进行＿『理论和实践上的初步探讨，　的混凝土抗裂性能。　（６）混凝士在收缩时受到约束产生拉应　力，当拉应力大干混凝上抗拉强度时裂缝　就会产生。减水剂可有效的提高的混凝土　抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。　（７）掺加外加剂可使混凝土密实性好，　可有效地提高混凝士的抗碳化性，减少碳　从温度应力观点出发，保温应达到下　述要求：１）防【卜混凝土内外温度差及混凝　土表面梯度，防止表面裂缝。２）防止混凝土　超冷，应该尽量设法使混凝上的施工期最　低温度不低干混凝土使用期的稳定温度。　学术界对丁混凝土裂缝的成因和计算方法　虽然有不同的理论，但对于具体的预防和　改善措施意见还是比较统　，任实践中的　应用效果也是比较好的，具体施１：中我们　要多观察、多比较，出现问题后多分析、多　３）防止老混凝士过冷，以减少新老混凝土　总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂　缝是完全可以避免的。　间的约束。　一　混凝土的早期养护，主要目的在干保　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ＨｅｒｅＩｄ　２３