浅谈混凝土温度裂缝

崔彦松

(衡水公路工程总公司)

现代工程建中混凝土占有重要地位,而在施工中,混凝土的裂缝较为普遍,常常出现温度裂缝,影响结构的整体性和耐久性。

1 混凝土温度裂缝的现象

混凝土温度裂缝走向一定规律性,大面积结构裂缝常纵横交错;梁板类或长度尺寸较大的结构构件,裂缝多平行于短边。深进的和贯穿的温度裂缝,一般与短边方向平行,裂缝沿全长分段出现,中间较密。裂缝宽度大小不一,一般在0.5mm在下,沿全长没有多大变化。表面温度裂缝多发生在施工期间,进深的或贯穿的多发生在浇筑后 2～3个月或更长时间,缝宽受温度变化影响较明显。沿截面高度,裂缝大多呈上宽下窄状,但个别也有下宽上窄情况,遇顶部或底板配筋较多的结构,有时也出现中间宽两端窄的梭形裂缝。

2 混凝土温度裂缝产生的原因

混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热,(当水泥用量在 350～550 kg/m3时,每立方米混凝土将释放出 17 500～27 500 kJ的热量,从而使混凝土内部温度升 70℃左右甚至更高)。大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力(实践证明当混凝土本身温差达到 25～26℃时,混凝土内便会产生大致在 10MPa左右的拉应力)。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大时,或者是混凝土受到寒潮的袭击等,会导致混凝土表面温度急剧下降,而产生收缩,表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力而产生裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。

3 温度裂缝的预防措施

混凝土温度裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等,施工中可针对不同结构构件采取相应措施以有效减少温度裂缝的产生。

3.1 一般结构构件预防措施

(1)合理选择原材料和配合比,尽量选用低热或中热水泥,如矿渣水泥、粉煤灰水泥等;减少水泥用量,将水泥用量尽量控制在 450 kg/m3以下;采用级配良好的石子,砂、石含泥量控制在规定范围内;降低水灰比;在混凝土中掺加粉煤灰或高效减速水剂等以减少水泥用量,降低水化热;严格施工分层浇筑振捣密实,以提高混凝土抗拉强度。

(2)细长结构、构件,采用分段间隔浇筑,或适当设置施工缝或间断缝,以减少约束应力。

(3)预制构件与台座或以模间以及重叠生产构件之间应涂刷隔离效果较好的隔离剂,以防止粘结;长线台座生产构件,及时放松预应力筋,避免构件温度收缩受到台座、胎模、下部构件及预应力筋的约束而导致产生裂缝。

(4)在结构薄弱部位及孔洞四角、多孔板板面,适当配置必要的细直径温度筋,使对长均匀分布,以提高极限拉伸值。

(5)蒸气养护结构、构件时,控制升温速度不大于15℃/h,降温速度不大于 10℃/h,并缓慢揭盖,及时脱模,避免急热急冷,引起过大的温度变形。

(6)加强混凝土的养护和保温,控制结构与外界温度梯度在允许(25℃)范围以内。混凝土浇筑后裸露表面及时喷水养护,夏季应适当处长养护时间,以提高抗裂能力。冬季应适当延长保温和脱模时间,使缓慢降温,以防温度骤变,温差过大引起裂缝。基础部分及早回填保温,减少温度收缩裂缝。

3.2 大体积结构构件预防措施

(1)尽量选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)配制混凝土;或混凝土中掺加适量粉煤灰或减水剂;或利用混凝土的后期强度(90～180 d),以降低水泥用量,减少水化热量。选用良好级配的骨料,并严格控制砂、石子含泥量,降低不灰比(0.6以下),加强振捣,以提高混凝土的密实性和抗拉强度。

(2)在混凝土中掺加缓凝剂,减缓浇筑速度,以利于散热。在设计允许情况下,可掺入不大于混凝土体积 25%的块石,以吸收热量,并节省混凝土。

(3)避开炎热天浇筑大体积混凝土。如必须在炎热天气浇筑时,可采用冰水作为搅拌用水拌制混凝土;对骨料进行喷水预冷却;运输混凝土加盖防日晒,以降低混凝土搅拌和浇筑温度。

(4)浇筑薄层混凝土,每层浇筑厚度控制不大于 30 cm,以加快热量的散发,并使温度分布较均匀,同时便于振捣密实,以提高弹性模量。

(5)大型设备基础采取分层浇筑(每层间隔时间为 5～7 d),分块厚度为1.0～1.5m,以利水化热散发和减少约束作用。对较长基础和结构,采取每隔 20～30m留一条 0.5～1.0m宽的间断后浇缝,钢筋仍保持连续不断,40 d后再用膨胀细石混凝土填灌密实,以消减温度收缩应力。

(6)大体积混凝土内适当预留一些孔道,在内部通循环冷水或冷气冷却,降温速度不应超过 0.5～1.0℃/h。

(7)混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时,在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔层(浇二度沥青胶撒铺 5mm厚砂子或铺二毡三油);底板高低起伏和截面突面处,做成渐变化形式,以消除或减少约束作用。

(8)加强早期养护,提高抗拉强度。混凝土浇筑后,表面及时用草垫、草袋或锯屑覆盖,并洒水养护;深坑基础可采取灌水养护。夏季适当加长养护时间。在寒冷季节,混凝土表面应采取保温措施,以防寒潮袭击。对薄壁结构要适当延长拆模时间,拆模时,块体中部和表面化温差控制不大于20℃,以防止急剧冷却,造成表面裂缝,基础混凝土拆模后应及时回填。

(9)加强温度管理,混凝土拌制时温度要低于 25℃;浇筑时要低于 28℃。浇筑后控制混凝土与大气温度差不大于25℃,混凝土本身内外温差在 20℃以内;加强养护过程中的测温工作。发现温差过大,及时采取相应防护措施,以有效降低约束应力,从而提高结构抗拉能力。

4 治理方法

温度裂缝对钢筋锈蚀、碳化、抗冻融(有抗冻要求的结构)、抗疲劳(对受动荷载构件)等方面有影响,需采取措施治理。对表面裂缝,可以涂两遍环氧胶泥或环氧玻璃布,以及抹、喷水泥砂浆等方法进行表面封闭处理,对有整体性防水、防渗要求的结构,缝宽大于0.1mm的深进或贯穿性裂缝,则根据裂缝可灌程度,采用灌水泥浆或化学浆液(环氧、甲凝或丙凝浆液)方法进行裂缝修补,或者灌浆与表面封闭同时采用。

5 结束语

以上对混凝土温度裂缝进行了初步探讨,具体施工中我们多观察、多比较,出现问后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,可有效减少混凝土温度裂缝的产生。

[1] 李常升等.水利水电工程质量监控与通病防治全书(上卷)[M].北京:中国环境科学出版社,1999.

[2] GBf020-2002,混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

[3] GBJ107-87.混凝土强度评定标准[S].

[4] 佟荣祝.混凝土表面裂缝的危害及处理措施[J].河北水利水电技术,2003,(5).

[5] 甄广常.某住宅楼垫混凝土裂缝的原因分析及对策[J].河北工程技术高等专科学校学报,2002,(3).