混凝土施工中控制温度裂缝产生的质量评估.doc

天津农学院毕 业 论 文 题目：混凝土施工中控制温度裂缝产生的质量评估 学生姓名 系 别 水利工程系 专业班级 2008级水文与水资源工程专业1班 指导教师 成绩评定 2011年5月目 录1 引言12 温度裂缝产生的成因及分析12.1 温度裂缝的原因12.2 温度应力的分析22.3温度的控制和防止裂缝的措施22.4 对温度应力的要求33 影响因素和防治措施33.1 混凝土用主要原材料及配合比的选用33.1.1 水泥33.1.2 掺合料33.1.3 外加剂43.2 施工工艺流程改进44 质量控制措施44.1 材料控制44.2 优化混凝土配合比54.3 浇筑与振捣54.4 混凝土养护措施65 温度裂缝的补救措施65.1 表面修补法65.2 嵌缝法75.3 结构加固法75.4 混凝土置换法76 结语7参 考 文 献8致 谢9摘 要 对混凝土温度裂缝产生的原因及现场混凝土温度的控制和预防，在现代工程建设中混凝士占有重要地位，然而混凝土裂缝却基本无处不在。尽管我们在施工中采取各种措施、小心谨慎，但裂缝仍然时有出现。究其原因，我们对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因：首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，因此本文仅对施工中混凝土温度裂缝的成因和处理措施做一探讨。关键词： 混凝土结构；裂缝；成因；预防措施混凝土施工中控制温度裂缝产生的质量评估李 旭（天津农学院 水利工程系）1 引言混凝土结构在水利工程中常见，如工业建筑中的设备基础；在高层建筑中地下室底板、结构转换层；各类结构的厚大桩承台或基础底板以及桥梁的墩台等。其上有巨大的荷载，整体性要求高，往往不允许留施工缝，要求一切连续浇筑完毕。另外，大体积混凝土结构在浇筑后水泥的水化热量大，由于体积大，水化热聚积在内部不易散发，浇筑初期混凝土内部温度显著升高，而表面散热较快，这样形成较大的内外温差，混凝土内部产生压应力，而表面产生拉应力，如温差过大则易于在混凝土表面产生裂纹。一般混凝土的硬化过程会产生体积收缩，而且在浇筑后期，混凝土内部逐渐冷却也产生收缩，由于受到基底或已浇筑的混凝土的约束，接触处将产生很大的剪应力，在混凝土正截面形成拉应力。当拉应力超过混凝土当时龄期的极限抗拉强度时，便会产生裂缝，甚至会贯穿整个混凝土断面，由此带来严重的危害。在大体积混凝土结构的浇筑中，上述两种裂缝都应设法防止。 2 温度裂缝产生的成因及分析2.1 温度裂缝的原因混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。由于原材料不均匀，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又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。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。2.2 温度应力的分析根据温度应力引起的原因可分为两类：自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力；约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。2.3 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：采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温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：合理地分缝分块；避免基础过大起伏：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，改善混凝士的性能，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。在混凝士浇筑初期，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，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。加入钢筋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极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢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。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7-15倍，当内混凝士应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100200kg/cm2。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。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、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，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，其中大多数属于干缩裂缝。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。2.4 对温度应力的要求混凝土的早期养护实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝，因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：防止混凝土内外温度差及混凝士表面梯度，防止表面裂缝。防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。防止老混凝士过冷，以减少新老混凝土间的约束。 3 影响因素和防治措施 混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土结构越厚，水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，形成温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。尤其是大体积混凝土结构，其结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的危险性也越大，这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。故防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。 3.1 混凝土用主要原材料及配合比的选用3.1.1 水泥尽量选用低热或中热水泥，减少水泥用量，以降低水泥水化热。3.1.2 掺合料混凝土中常用的掺合料为粉煤灰和粗骨料，混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且起到润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、黏聚性和保水性，从而改善了可泵性。还可以降低水泥的水化热，有利于控制温度裂缝的产生。粗骨料：应采用连续级配，针片状颗粒含量不宜大于5%。普通混凝土常用粗骨料有卵石和碎石两种。在自然条件作用下形成，粒径大于5mm的岩石颗粒，称为卵石。由天然岩石和卵石经破碎、筛分得到的粒径大于5mm的颗粒，称为碎石或碎卵石。 3.1.3 外加剂在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，能很好地改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间。为防止产生收缩裂缝，还可掺入适宜的膨胀剂。 3.2 施工工艺流程改进（1）改变搅拌工艺。采用二次投料的净浆裹石或砂浆裹石工艺，可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上，使硬化后界面过渡层结构致密、黏结力增大，从而提高混凝土强度10或节约水泥5以上，并进一步减少水化热和裂缝。（2）严格控制浇筑流程，合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减少约束。夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土，或对骨料进场覆盖或设置这样装置避免日光直晒限制。夏季混凝土出料温度不得大于30，规定混凝土内外温差不超过20，来保证混凝土的浇筑质量。冬季，应采用蓄热法进行混凝土搅拌，泵管要保温，确保混凝土出机温度不宜低于10，入模温度不得低于5。加强对大体积混凝土施工中的温度控制。（3）注重混凝土养护。养护主要是保持适当的温度和湿度条件。混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、塑料薄膜等覆盖、包裹，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。寒冷季节，混凝土表面应设置相应的保温措施，以防寒潮袭击。竖向结构可采用拆模后涂刷养护液进行养护。 4 质量控制措施4.1 材料控制 （1）水泥：优先采用低热度水泥，水泥含碱量应小于0.6%，此外，应进行水化热检验，7d水化热不宜大于250KJ/Kg。（2）骨料：粗、细骨料应采取连续级配或合理的掺配比例，含泥量不得大于1%，泥块含量不得大于0.25%。（3）掺合料：优先采用磨细矿粉，因其比粉煤灰更具耐久性，更有效降低每立方米砼中的水泥用量。（4）膨胀剂：掺入适量膨胀剂，它能对砼起补偿收缩作用，减少砼的温度应力，但含碱量不应大于0.75%。（5）外加剂：选用低收缩率的外加剂，应有7d、28d收缩率试验报告，任何龄期砼的收缩率均不得大于基准砼的收缩率、外加剂每立方米砼带入碱量不得超过1Kg，选用高效的缓凝剂和减水剂，减少水泥用量，推迟水化热的峰值期。4.2 优化混凝土配合比（1）现场砼坍落度：泵送宜为80140mm，坍落度允许偏差15mm，到达现场坍落度损失不应大于30mm/h，总损失不应大于60mm。（2）尽可能降低砼的干缩与温差收缩，由于砼最高纯热值温升最大值与每m3砼内的水泥用量成线性正比关系，应根据选用的原材料不同、水泥试验的富余标号不同，进行各种试配，最后确定最佳配合比。4.3 浇筑与振捣 （1）全面分层：即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。采用这种方法，适用于结构的平面尺寸不宜太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。 （2）分段分层：混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初疑，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方法适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，结构物厚度不太大，面积或长度较大的工程。（3）斜面分层：要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土浇筑层下端开始逐渐上移。混凝土的振捣也要适用斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣实；下面的一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进，振动器也相应跟上。（4）厚1.0m内砼宜采用平推浇筑法，同一坡度，薄层循序推进依次浇筑到顶，厚1.0m以上宜分层浇筑，每一浇筑层采用平推浇筑法，厚度超过2m时，可考虑留置水平施工缝。（5）设置后浇缝，当大体积砼平面尺寸过大时，可适当设置后浇缝，以减少外约束力和温度应力，同时利于散热，降低砼内部温度。4.4 混凝土养护措施（1）养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。 为保证新浇砼有适宜的硬化条件，防止早期干缩产生裂缝，大体积砼浇筑完毕后，要加以覆盖和浇水养护，普通硅酸盐水泥拌制的砼不得少于14天；其它水泥不少于21天。养护方法分降温法和保温法，夏季施工时一般可使用草袋覆盖、洒水、蓄水养护或喷刷养生液养护；冬季施工时，由于环境气温较低，一般可利用保温材料提高新浇筑砼表面和四周温度，减少砼的内外温差。（2）在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点：1）为了掌握大体积砼的温升和降温的变化规律以及各种材料在各种条件下的温度影响，需要对砼进行温度监测控制。大体积砼的温度变化在172h变化最大，这段时间要每2h测量一次，47d每4h测量一次，其后为8h一次，整个测量过程时间不少于20d，并作详细记录，整理绘制温度曲线。测温可采用埋钢管和采用测温装置等方法。2）经测温如观测到砼内部最高温度与大气温度之差超过规定极限值时，要立即采取降温措施，降低砼内部温度，控制砼内部裂缝的产生，常见的方法有导温管加冷却水循环方法来降低砼内部温度。5 温度裂缝的补救措施通常采用的补救方法有：表面修补法、嵌缝法、结构加固法、混凝土置换法等。5.1 表面修补法 适用于稳定和结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，在裂缝的表面应粘贴玻璃纤维布数道来解决。 5.2 嵌缝法 本方法是最常用的一种方法，通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏和丁基橡胶等。常用的刚性防水材料为聚合物水泥砂浆。5.3 结构加固法 当裂缝影响到混凝土结构的性能时采用此方法。常用方法措施有：在构件的角部外包型钢，加大混凝土结构的截面面积、采用预应力法加固、粘贴钢板加固增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。 5.4 混凝土置换法 此方法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其它材料。常用置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。6 结语 大体积混凝土施工中的裂缝控制是一个系统工程，在工程实践中要