【《混凝土结构温度裂缝成因及控制探究》7200字】

混凝土结构温度裂缝成因及控制研究摘要当今社会经济变得越来越好，各地建设项目的建设也在如火如荼地进行着。土木工程的发展也带动了相关产业的快速发展。随着人们对建筑工程建设质量要求的不断提高，许多城市住宅项目变得越来越大，越来越复杂。然而，混凝土结构的收缩和温度变形较大，并有出现混凝土裂缝的倾向，这已成为一种常见的质量缺陷。这样的质量问题在业主的投诉中很常见。结构裂缝严重影响工程质量。这使得工业和民用建筑混凝土裂缝问题日益突出，并已成为一个相当普遍的问题。本文的研究重点是混凝土温度裂缝。在结合大部分理论的基础上本文对混凝土结构开裂的基本概念、形成机制进行了归纳，对混凝土温度开裂的成因进行了分析，并对其进行了相应的控制，从而为未来的建筑工程中的混凝土施工提供了可资借鉴的实例，同时也为深入的理论研究奠定了基础。本文的结论对于防止混凝土中的温度裂缝，提高其在实际工程中的应用具有一定的参考价值。关键词：混凝土；温度裂缝；施工技术；温控技术CausesandcontroloftemperaturecracksinconcretestructuresAbstractNowadays,thesocialeconomyisgettingbetterandbetter,andtheconstructionofconstructionprojectsinvariousplacesisalsoinfullswing.Thedevelopmentofcivilengineeringhasalsodriventherapiddevelopmentofrelatedindustries.Withthecontinuousimprovementofpeople'srequirementsforthequalityofconstructionprojects,manyurbanresidentialprojectshavebecomelargerandmorecomplex.However,theshrinkageandtemperaturedeformationofconcretestructuresarelarge,andthereisatendencyforconcretecracks,whichhasbecomeacommonqualitydefect.Suchqualityproblemsarecommonintheowner'scomplaints.Structuralcracksseriouslyaffecttheprojectquality.Thismakestheproblemofconcretecracksinindustrialandcivilbuildingsincreasinglyprominentandhasbecomeaverycommonproblem.Theresearchfocusofthispaperisconcretetemperaturecrack.Onthebasisofcombiningmosttheories,thispapersummarizesthebasicconceptandmechanismofconcretestructurecracks,analyzesthecausesandcontrolmethodsofconcretetemperaturecracks,putsforwardthecausesofcracks,andfindsrelevantcontrolmeasures,whichprovidesreferencecasesforfutureconcreteconstructionofconstructionengineering,andalsoprovidesreferencebasisforfurthertheoreticalresearch.Theresearchresultsofthispaperhaveimportantreferencesignificanceforthepreventionofconcretetemperaturecracksandprecautionsduringconstruction.Keywords:concrete;Temperaturecracks;Constructiontechnology;thermalprofile目录TOC\o"1-2"\h\z\u15125摘要 I第一章概述1.1混凝土温度及裂缝的意义由于温差过大，混凝土在浇筑完成后，经常会造成表面裂纹，因为硬化阶段的水泥石会释放出大量的水化热，导致其内部的温度持续升高，同时，混凝土表层受热迅速，内外温差加大。因水泥砂浆和岩体的热膨胀系数存在差异，在受热时，界面先被热载荷所损伤，并随著温度的上升而逐渐扩大，最后在一定程度上形成了界面裂纹。（a）表面裂缝（b）深层裂缝（c）贯穿裂缝图2.2混凝土温度裂缝混凝土的结构应力所导致的变化和其他结构的变化有些许不同。在接下来的冷却过程中，水泥钉扎界面的裂缝和微裂缝之间的界面裂纹与微裂纹的扩展，进而引起宏观裂纹的扩展，最终造成钢筋混凝土构件的破坏。裂缝发生的界面处为混凝土结构中最脆弱的部位，在混凝土内部，连续时间不同，产热条件不同，水泥用量不同等。在基础外部，一般受到的是混凝土内部温度变化所导致的应力影响。而降低混凝土中的热量可以很好的解决这种温度应力。这也是避免出现温度裂缝的最好措施之一。1.2我国在这方面上发展中存在的问题和西方国家发达相比，我们国家有关混凝土温度应力的影响方面的研究不是很多，但由于我国现在经济方面，建筑方面都有了很大的进步，我们国家的高层建筑也越盖越多，混凝土的需求量也越来越大，因此混凝土的温度裂缝问题开始受到了业界的关注，大量的学者开始研究混凝土温度裂缝的成因以及防止措施，并获得了大量的实践经验以及研究成果。为了可以减少混凝土温度裂缝的生成，我国学者在施工技术上也进行了许多的研究。张子明学者研究了混凝土浇筑结束后在不同的温度下混凝土的内部温度变化，通过研究和实验证明了外部温度对于混凝土水化热温度的影响作用。张亚峰学者通过相关的实验研究得出，在混凝土浇筑完成之后及时在表面覆盖上一层保温材料，保证混凝土表面的温度和湿度，可以有效的防止裂缝的产生。杨翔认为，在添加了膨胀剂之后，可以提高混凝土的温度指标。杨林认为，在建造水泥的时候，可以采取倾斜的分层结构，并且要确保每一层的厚度都不能大于半米，并且还要进行二次浇筑，以防止出现施工缝隙。樊悦等人利用ANSYS软件对跳仓施工的混凝土温度场进行了数值模拟，试验结果表明，跳仓施工对控制混凝土温度场起到了很好的效果。李昂学者还利用分析软件，对大范围内的混凝土浇注方式进行了分析，并对各种施工方式的防止裂缝效果进行了试验，最后通过实验发现跳仓法施工产生的温度裂缝要更少，效果要远远优于其他两种施工方法。现在我们国家对于混凝土施工方面，已经积攒了很多施工经验，也发现了许多可以防止混凝土开裂的方法，从而明确了混凝土材料的重要性。在选用水泥时，应选用中低热的水泥，以减少其水化热，或加入粉煤灰、矿渣等，更有利于混凝土结构的分层。在气温比较高的天气，施工人员在施工过程为了降低外部气温对于混凝土内部温度应力的影响，可以在混凝土内部埋设一些冷凝管，并在混凝土浇筑之后在混凝土表面定期洒水降温。第二章混凝土施工中温度及裂缝原因分析2.1混凝土温度裂缝产生的原因分析2.1.1收缩引起的裂缝在混凝土开始变硬的阶段，水泥和其他骨料之间相互结合并导致一系列的变化；在混凝土浇筑后期，因为混凝土内部逐渐变得干燥，会造成其内部构造的畸变。这就是造成温度应力的因素。随着压力的增加，混凝土会出现裂纹。因此，在某些大工程中，一定要明确应力对于混凝土裂缝的影响，提前做好相关的计算以及防治措施。水灰比也会影响到混凝土的应力大小，随着水灰比的增大，混凝土中的水灰比将增大，尤其是水灰比的不同，水灰比的不同，水灰比的不同，水灰比也将不同。而由于收缩应力引起的裂纹则多出现在混凝土表层，且易产生裂纹。由于混凝土浇筑完成后，混凝土表层未得到及时的遮盖，表层游离水分受到风吹日晒等因素的作用，使混凝土的体积急剧缩小，从而产生了混凝土的开裂。由于其早龄期的强度较差，因此无法经受住这样的变形而产生裂缝。出现这种情况的主要原因是由于水泥的收缩性太大，水泥用量太大，或粉砂量太大。2.1.2材料原因由材料引起的裂纹。材料之间的碱性集料反应指的是在搅拌过程中，一些碱性离子与混凝土骨料之间发生的一些化学反应。这些碱性离子在和骨料的化学反应中生成了大量的热，从而吸收了空气中大量的水分，导致混凝土的体积变大，膨胀后就导致了裂缝的产生。这类裂缝通常都是在使用混凝土的过程中产生的，所以这些裂缝一旦产生是很难采取措施补救的。另外，导致裂缝出现的材料中，最常见的是水泥，粗、细石料等，都是由于材质不佳而造成裂纹。这就造成了结构承载力低，空气稳定性差，安全隐患加剧。混凝土由水、水泥、石、沙、混合料，外加剂等组成。这些物质通过组合，相互影响，从而凝固变硬。如果不能正确地选用混凝土的原料，或者是不恰当的配合，都会对混凝土的品质产生很大的影响。混凝土材料太差也会造成混凝土的开裂。钢棒、水泥标签、生产合格证等没有进行严格的检查和批准，也没有对水泥的强度、性能等进行订货，所以才导致调配出来的水泥质量不好。没有通过现场测试和检验方法，直接就把差的混凝土材料带到了施工现场。2.1.3温度天气的因素造成混凝土裂缝的原因有很多，而温度只是造成裂缝的原因之一。外界温度的改变对混凝土有很大的影响。当外界环境和内部温度等条件改变时，混凝土的力学性能也随之改变。在承受变形的同时，会出现与之对应的内力，若内力大于其自身，则在较高的抗拉力作用下，会形成一种新的混凝土结构，进而引起温度开裂。且这种裂缝一般都是在施工的时候生成的，温度会造成裂缝宽度的变化，冬季产生的裂缝比较宽，夏季则相反。养护时间不一致或混凝土不同部位养护温度的变化以及混凝土水化率的不同也会引起混凝土产生裂缝。在切割的高度，裂缝大多呈上宽下窗状，但个别也有下宽上窄情况，遇上下边缘区配筋较多的结构。在顶部和底部区域的加固，有时有狭窄的中等宽度和狭窄的头部裂缝。此外，混凝土冷却时也会产生裂缝。主要原因是在冷却阶段，混凝土不断收缩，也受到外部应力的影响，产生张力。当这些张力超过混凝土的裂变阻力时，裂缝就产生了。2.1.4结构荷载结构裂缝后实施可以由很多因素引起的，在建设和使用可能会破裂。如早期振动、过快卸料或不正确的施工方法，贮存和运输，构件加载块位或吊点的位置不对，施工负荷过大，应力压力过大都会引起开裂。根据实际工程的要求，在钢筋砼的建筑规范中，最大的裂缝宽度应在0.3mm以内。在规定混凝土裂缝的宽度时，应考虑并不允许裂缝的有害成分，认真分析，谨慎处理。由于混凝土配合比设计错误，荷载计算不准确，对结构特性认识不清，以及大风和地震等因素引起的应力开裂，但不多见；二次应力开裂是荷载最普遍的一种开裂形式，而在实际应用中，这种开裂通常是由结构的某一部分产生的次应力或在空洞周围形成的高密度、高强度等因素所致。2.1.5养护不当护不当也是导致混凝土开裂的关键因素。在混凝土浇筑完了之后，没有及时的铺上保温材料。一般到抹完不会选择铺盖保温材料。也有很多的施工现场完全没有被遮盖，导致了水泥地面的龟裂。专业的养护队伍往往只关注建筑的建筑，而忽视了混凝土结构的养护和管理，在这种情况下，修路后无人控制道路。由于施工时间的限制，大部分施工人员无法施工，因此混凝土出现收缩裂缝是不可避免的。2.2温度应力的分析按照温度应力产生的原因来划分，混凝土温度应力一般可以被分成两种类型：自生应力和约束应力。（1）自生应力:混凝土中产生裂纹的另一原因是由于自身应力的影响。自生应力通常是指混凝土结构没有受到太多的外界约束，或者内部的温度变化过大的时候，混凝土结构之间产生的一种相互制衡的应力。比如说，混凝土在冷却的过程当中，因为其内外部的温差极大，导致混凝土的表面以及内部都出现了一种“力”。(2)约束应力:混凝土中出现了穿透裂缝和深裂缝。约束应力是指在新浇注的混凝土上，使得混凝土内部受到压迫而产生的应力。图2.1新浇筑的混凝土在冷却过程中的应力状态2.3温应力引起的原因混凝土在浇筑后还会经历好几个过程。在混凝土凝固硬化的过程中，一定要做好养护工作，并且弹性模量也会随着时间的流逝而逐渐增大，但是在此过程里，混凝土的温度应力总是先变大再变小的。结合温度应力的变化趋势，可以将该应力的变化过程分成早、中、晚三种阶段。早期应力:早期应力主要在混凝土浇筑后升温的那一段时间出现。这一阶段混凝土的水化热反应最为强烈，因此在结构中心会产生大量的热，并且这些热会长时间积聚在混凝土的中心无法消散，导致内部温度的突然变高，也就是在这个过程，混凝土的弹性模量逐渐变大，这样就会产生一些应力。中期应力：此应力是指在混凝土受热后，随着混凝土逐渐向外界散发，其内部和外部的温度逐渐降低，直到达到一定值。在这种情况下，其弹性模量仅有微小的改变，但并不明显。在这一过程中，外部环境的突变与混凝土的收缩共同导致了混凝土的受力。中期应激是当前应激和前期应激的交迭。后期应力：当温度降低到一定程度时，混凝土的弹性模量基本保持不变。这一时期的形成与外部气温的变化密切相关。后期的压力由前面两个阶段的压力和外部环境的温度改变所引起的压力组成，是三种应力的共同结合。图2.2混凝土中心部位的温度变化曲线图图2.3混凝土温度和弹性模量随混凝土龄期变化曲线图第三章混凝土温度裂缝的控制3.1施工温度的控制3.1.1优化配合比，降低水化热在施工过程中，为防止混凝土出现温度开裂，按照设计图及技术规程，对混凝土中的水泥进行了多轮配方设计，使混凝土的水泥化热得到了较大的提高。在混凝土制备时，适当添加减水剂，既能保证其早龄期的强度，又能防止早龄期由于温度应力引起的开裂。与此同时，还可以将混凝土出口的温度降下来，将混凝土进入模具的温度也降下来，达到管理温度裂缝的目的。所以项目部从原材料入手，优化配合比。根据技术和图纸要求，工程搅拌站实验室选用了水胶比为0.44、0.42、0.40、0.38的水胶比进行试验调解。同时根据试验混凝土拌合结果绘制强度、龄期（图4.1）曲线：图4.1混凝土强度、龄期曲线不要盲目选择标号较大的水泥，而应选择与工程相适应、在控制混凝土收缩变形方面具有良好质量信誉的水泥。根据工程实际需要，确定正确的材料参数，如混凝土合金比、坍落度、搅拌时间等。在选择混凝土配合比时，应考虑到建筑配合比应尽可能低，说明满足设计和施工工艺要求，以降低混凝土的绝热温升。3.1.2控制浇筑温度，合理浇筑在进行调配混凝土的工作之前，施工人员应该先测量各项材料的温度，并对出料温度进行了预测。当达到所需的初始温度时，立即将其送回搅拌台，并对其进行必要的降温处理。清除采石表面的浮泥、薄弱混凝土层和疏松石料，均匀显露粗石。同时，投入厂实验室对第一批混凝土进行公开评估，并在振动极限前对已浇混凝土进行二次振动，以了解第一批混凝土的工作能力。对第一批试件进行了崩塌试验，并对崩塌时混凝土的裂解及工作性能进行了观测。为了确保砼的质量，应及时消除砼表层的渗水现象，及时将第一批混凝土的质量恢复到搅拌站，搅拌站根据反馈数据进行额外的调整和优化。3.1.3优化浇筑方案，合理降温保温施工时，分层施工严格。基本上，混凝土层厚度不应超过50厘米。先浇筑下层混凝土，再浇筑上层混凝土，以保持其良好的工作特性。保证每一层混凝土的质量都可以过关，从而起到减少裂缝的作用。浇筑后六小时之内可能会生成一些塑性裂缝，可通过压光以及浇灌来解决。通过内置锯末，可在一年的不同时间对不同的工程进行填筑施工，施工方便，价格低廉。其次，浇筑混凝土前，要对模具和支架的承载能力、刚度和稳定性进行测试。经过确认，完全符合项目的实际要求。如需在原混凝土表面浇筑新混凝土，须凿缝表面，同时要清理干净。应保持规定的湿度，但应防止水的积聚。在浇注过程中，混凝土的振动是一个重要的环节。要严格遵循相关的操作规范，确保这个过程能够实现“快插慢拔”。快速插入的目的是避免上面一层的混凝土凝结后，下面一层的空气被堵住。慢拔的目的是使混凝土填充由钢筋造成的空腔。按照混凝土内部的实际温度情况，运用相关的防治措施进行控温操作。3.2改善约束条件3.2.1埋设冷却水管往埋设的冷却水管中加入冷却水可以有很好的降温作用，还能够加速混凝土的冷却。江水是常用的一种冷却水，冷却时间一般控制在10-15天左右。冷却管可以采取25毫米的不锈钢管。而管道长度、水温和时间对其冷却效率的影响较大，而管道直径对其影响较小。可对河流进行降温，也可对大小水管进行降温。在第一层混凝土开始浇筑之后，应该将管道的排水系统打开，并保证水的持续时间足够长，以保证混凝土的温升不会比第一次更高，而对于体积较小的混凝土，在达到最大温度的时候，应该停止使用水，以防止出现混凝土开裂的温度梯度。一天的降温速率大约是0.6摄氏度，冷却速度约为0.6°C/天。在进行管路系统的设计时，应特别指出，在装模、拆模时，对水的降温作用不能中断。在进行了水压测试后，可以浇注混凝土。水管不得有渗漏。通过观测冷水的流速来测定水的温度、水温。施工完毕后，将管道表层的接合处用微扩型水泥机移至混凝土内，拔除接合处后，再用乾燥的微扩型水泥机将接合处填满。3.2.2混凝土面层保温在施工过程中，应尽可能使混凝土不流失水分，并在适当的范围内降温，以防止裂缝的产生。不加限制的降温将导致混凝土表面的收缩，降低1摄氏度约为0.001%，降低30摄氏度可减少9毫米。约束可以减少收缩，但是会引起拉应力，当温度降低很大的时候，足以引起混凝土表面开裂，当表面裂纹扩展，内部形成裂缝的压力只需要一半，因此，在受到寒潮的袭击时，尤其要采取保温措施，比如保温充足，保温时间长，让混凝土逐渐冷却，拉应力达不到危险的程度，拉伸应变的发展部分是在混凝土中松弛，直至温度达到允许的范围，从而避免表面裂纹的出现。要有足够的水分才能得到好的表面强度。若在养护时能避免干涸，蠕变会使开裂应力进一步降低，在达到养护期限后，可将覆盖物笼盖在混凝土上，直至混凝土硬化，使混凝土表面慢慢干燥，这对降低裂缝是有利的。第四章结论混凝土结构的热裂缝是内部矛盾发展的结果。热裂缝是长期困扰混凝土的最大问题，涉及建筑材料、设计、施工、管理等诸多因素。有关法规对工程建设中热裂缝的管理规定不完善。温度控制主要根据工人的经验来，没有理论依据。本文对混凝土的温度裂缝及其控制技术进行了探讨。通过对混凝土每一层的温度进行观测，并在混凝土硬化的过程中，对混凝土表面的隔热材料的厚度以及内部的冷却水的流速进行及时的调节，从而能够对混凝土的升温和降温速度进