建筑混凝土结构温度裂缝的机理分析与控制技术

发布时间：2022-10-05 10:08 热度：

　　摘要：本文阐述了温度裂缝的分类和特点，分析了温度裂缝机理及其产生的原因，从设计措施、原材料的选择措施和施工措施等多方面对建筑混凝土温度裂缝控制技术进行了探讨。
　　关键词：建筑混凝土温度裂缝机理分析控制技术
　　1引言
　　混凝土在现代建筑工程领域中占有相当重要的地位。温度裂缝是现阶段混凝土施工中存在的较为普遍的质量问题。温度裂缝的产生，不仅会严重影响结构物的安全性、降低建筑物的承载能力，而且影响结构的适用性、降低结构物的耐久性，造成建筑物的安全隐患，危害极大，因此，对混凝土结构温度裂缝的机理深刻分析和对控制技术进行探索，已日益成为研究人员和专家学者研究的课题。
　　2温度裂缝的分类和特点
　　2.1分类
　　混凝土结构的裂缝有微观裂缝和宏观裂缝之分。微观裂缝主要有骨料和水泥石的粘着裂缝、水泥石自身的水泥石裂缝以及骨料本身的裂缝三种。微观裂缝的扩展即形成宏观裂缝，它在混凝土结构中的分布虽然难以察觉，但在温度变化或不同的约束条件下，一旦转化形成贯穿裂缝，则可致使建筑物结构的整体性和稳定性遭受破坏，其危害性较为严重，甚至影响整体建筑工程质量。
　　2.2特点
　　温度裂缝是变形荷载引起的裂缝，属于Ⅱ类荷载，与Ⅰ类荷载引起的裂缝相比，有其自身较为显著的特点。
　　2.2.1结构发生变形，当变形得不到满足时引起应力，应力超过一定数值时引发裂缝，裂缝一旦产生，就会发生应力松弛现象。所以，为控制开裂，设计时应注意在允许范围内提高混凝土的变形能力。
　　2.2.2不同于普通外荷载结构内力的形成过程，建筑混凝土的温度变形，从产生变形到应力的形成，直至裂缝的出现有一个时间过程，而不是在一个瞬间完成，所以，对混凝土温度应力的计算应采用分段叠加的方法求得。
　　3温度裂缝机理分析及其产生的原因
　　3.1机理分析
　　3.1.1设计方面。混凝土结构设计中，因现有标准设计规范没有对温度应力规定明确的计算方法，设计人员通常对建筑物的强度及抗震性能和措施考虑得较多，而对如何控制温度应力、减小和避免温度裂缝的产生考虑得较少。
　　3.1.2施工质量。施工中，未按设计要求对结构进行合理布置，使混凝土结构抗剪能力下降，此外，保温材料的选取、各层面的施工质量也是产生混凝土温度裂缝的重要因素。
　　3.1.3内在原因。在太阳能辐射等作用下，建筑物面板的温度比墙体温度高得多，所以变形也大得多，从而产生裂缝。
　　3.2温度裂缝产生的原因
　　3.2.1水泥的水化热
　　水泥水化过程中所释放出的热量，会引起结构物20℃～30℃的温升，这些热量聚集在结构物内部，其温升随结构物的厚度增加而加大。无论混凝土在温升阶段，还是温降阶段，因内部水化热不易散失，所以结构物中心温度总是高于混凝土表面温度。此外，混凝土内外散热速度的不同，使得结构物中心混凝土的膨胀速率大于表面，在内部压应力、表面拉应力作用下，当温度梯度达到一定程度时，混凝土表面就会产生裂缝。
　　3.2.2气温变化影响
　　混凝土施工阶段，受外界气温变化影响较大，特别是外界温度下降或骤降，大大增加了混凝土内外部混凝土的温度梯度，此温差变形与温度应力成正比，温差愈大，温度应力也愈大，混凝土发生裂缝的几率就越大。
　　3.2.3约束条件与温度裂缝的关系
　　混凝土结构物变形过程，会受到结构物的边界条件外约束和因结构物较大断面非均匀的温度分布、温差收缩，各质点的不均匀变形等产生的内约束影响，产生应力。当这种温度变化所引起的应力状态超过某一限度时，结构物即会产生裂缝。
　　3.2.4混凝土的收缩变形
　　理论上，混凝土凝固过程中约有80％的水分将被蒸发，水分的蒸发过程会引起混凝土体积的收缩，这种收缩变形一旦受到约束条件的限制和影响，就会引起混凝土结构物的开裂。
　　4温度裂缝控制技术研究
　　4.1设计措施
　　4.1.1根据实际情况采取合理的结构形式进行分块、分层和分时段的浇筑形式，应对各分层之间混凝土浇筑的时间提出要求，保证每层表面水化热的散发，尽量降低约束作用。应根据温度裂缝的要求分块设置水平施工缝，并设置合理的连接方式。
　　4.1.2设计时应选用强度等级在C20～C35的低强度混凝土。由于高强混凝土呈现“脆性”易产生裂缝，而且工程造价较高，所以应避免采用水化热较高的高强度混凝土。
　　4.1.3进行结构设计时，应对分布钢筋进行合理设置，尽量采用小直径钢筋、采取密间距布置等对降低混凝土裂缝有较好效果的配筋方式，以减少裂缝出现的程度及概率。
　　4.2原材料的选择措施
　　4.2.1水泥的选择
　　水泥的水化热，直接影响混凝土的温升。因此在保证建筑物设计强度的前提下，应选用低热或者中热的C3S及C3A等水泥，并宜对低矿碴、火山灰质等水泥优先选用。并应按照《水泥水化热试验方法(直接法)》等行业标准对所选定的水泥进行水化热测定。
　　4.2.2粗、细骨料的选择
　　a) 为达到设计要求,同时又能发挥水泥的有效作用，应优先选用自然连续级配的粗骨料，因其配制的混凝土所具有的较好的和易性，可有效减少水泥用量，并达到相应的强度；
　　b) 由于采用碎石拌制的混凝土，其强度较高，并具有良好的抗裂性能，所以选择粗骨料时，宜优先选用碎石；
　　c) 经验数据表明，当选用中粗砂做细骨料时，可减少混凝土水泥用量，而水泥用量的减少，有利于降低绝热温升，所以，宜采用中粗砂做细骨料；
　　d) 粗、细骨料均应对含泥量进行严格控制，因为含泥量一旦超标，混凝土的收缩性会大幅度提高，而抗拉强度大大下降，加剧了混凝土的温度裂缝。
　　4.2.3外加剂的选择
　　建筑混凝土外加剂有减水剂、引气剂、等多种类型，粉煤灰是建筑混凝土外加剂的一种，它对于防止混凝土裂缝、改善混凝土的施工性能有较好的效果。建筑用外加剂通常采用I级粉煤灰，但掺兑比例不宜过大，否则会造成混凝土早期强度低、低温泌水大等缺陷。
　　4.2.4优化配合比
　　在满足强度要求的情况下，尽量减少水泥用量。施工前，应反复进行配比试验，优选最合适的配合比，以提高混凝土的流动性、和易性和使混凝土具有较大的抗裂能力，有效降低混凝土的绝热温升。
　　4.3施工措施
　　4.3.1控制混凝土的出机温度
　　为有效降低混凝土的出机温度，可采取降低石子温度的方法，如夏日气温较高时，为防止太阳热能的聚集，可在砂、石堆施工现场搭设遮阳设施，或采取向骨料喷射水雾和冷水冲洗骨料等方式降低混凝土的出机温度。
　　4.3.2降低浇筑温度
　　浇筑温度对混凝土整体温度的影响较大，施工中首先应对骨料与拌和水的温度进行控制，其次，混凝土浇筑温度不宜超过30℃。
　　4.3.3合理设计浇筑方式
　　施工时，应根据混凝土的初凝时间、供应能力等综合技术条件确定浇筑方式。通常，应将分层连续浇筑、分段分层踏步式推进浇筑等浇筑方法科学、合理地结合起来。
　　4.3.4施工工艺控制
　　加强合理确定拆模时间等工艺控制，避免混凝土表面温度骤降而发生裂缝。
　　5结论
　　综上所述，建筑混凝土温度裂缝问题是一个非常复杂的、多学科的综合性问题。应根据各类温度裂缝的特点，对其机理和产生的原因进行分析和研究，才能采取有效的防控措施对建筑混凝土温度裂缝进行控制。
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