在工程運行過程中,溫度的變化對結構的應力狀態具有顯著的、不容忽視的影響。目前人們遇到的主要是施工中產生的溫度裂縫,本文對混凝土施工中裂縫的成因和處理措施作如下初步探討。
混凝土在現代工程建設中占有重要地位,而混凝土的裂縫較為普遍,特別是在水利水電工程建設中,混凝土裂縫幾乎無處不在。盡管我們在施工中采取各種措施,小心謹慎,但裂縫仍然時有發生。究其原因,人們對混凝土溫度應力的變化注意不夠是原因之一。在大體積混凝土中,溫度應力是產生裂縫的主要因素之一,這就反映了混凝土施工溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因,首先,在施工中混凝土膠結材料產生水化熱,結構產生溫度應力而出現溫度裂縫,影響結構的整體性和耐久性;其次,在工程運行過程中,溫度的變化對結構的應力狀態具有顯著的、不容忽視的影響。目前人們遇到的主要是施工中產生的溫度裂縫,本文對混凝土施工中裂縫的成因和處理措施作如下初步探討。
1. 裂縫的成因
混凝土產生裂縫有多種原因,主要因素是溫度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性、結構不合理、原材料不合格、模板變形和基礎不均勻沉降等。
混凝土在硬化期間水泥產生大量水化熱,內部溫度不斷上升,在混凝土表面引起拉應力。后期在降溫過程中,由于受到基礎或老混凝土的約束,又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力,當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時,即會出現裂縫。
許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢,但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化,如養護不當、時干時濕,表面干縮變形受到內部混凝土體的約束,也往往產生裂縫。
由于原材料質地不均勻、水灰比不穩定以及運輸和澆筑過程中的離析現象,在同一塊體混凝土中其抗拉強度也是不均勻的,存在著許多抗拉能力很低,易于出現裂縫的薄弱部位。施工中混凝土由最高溫度冷卻到工程運行時期的穩定溫度,往往在混凝土內部引起相當大的拉應力,有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力。因此,掌握溫度應力的變化規律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。
2. 溫度應力的分析
溫度應力根據其形成過程可分為以下三個階段:
第1 階段:自開始澆筑混凝土至水化熱基本結束,一般約為30天。這個階段具備兩個特征:一是水泥揮發出大量的水化熱,二是混凝土彈性模量的急劇變化,由于彈性模量的變化,這一時期在混凝土內形成殘余應力。
第2 階段:自水化熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止。在這個時期,溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應力與早期形成的殘余應力相疊加,在此期間混凝土的彈性模量變化不大。
第3 階段:混凝土完全冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起, 這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。