简述大体积混凝土温度裂缝的成因及影响因素
摘要:在建筑行业的施工中,最常涉及的就是大体积混凝土的相关施工。
对此本文进行了论述。
关键词:混凝土温度裂缝成因
1 混凝土的温度裂缝及其危害
1.1影响建筑物的使用功能
大体积混凝土结构多为地下连续墙、筏板、箱型基础等,所以开裂后的主要问题之一就
是地下室的渗漏问题,这个问题往往不容易处理,给使用带来一些附加影响。
地下结构的修补堵漏,处理困难、花费巨大,延长工程工期,降低结构的使用功能。
1.2降低了建筑结构的刚度
裂缝尤其是贯穿性裂缝的出现会使结构f比如基础筏板)的刚度降低,从而影响到建筑物功能的正常发挥。
1.3降低结构的承载能力
混凝土内部温度应力和结构应力迭加,整个结构的应力状态变化,对今后使用阶段具有不容忽视的影响。
基础贯穿裂缝或深层裂缝一旦形成后,它的危害十分严重,这两类裂缝都破坏了结构的整体性,改变了设计的应力分布状态,改变了混凝土建筑物的受力条件,从而可能使局部或整体结构发生破坏。
1.4影响混凝土的耐久性
裂缝的出现使侵蚀性介质容易进入混凝土内部,使钢筋锈蚀,混凝土腐蚀、碳化、膨胀,
损坏混凝土的表面,使混凝土的强度降低,进而影响混凝土的耐久性。
2 大体积混凝土温度裂缝的成因
2.1温度及温度效应
混凝土结构物的温度分布是指某一时刻混凝土结构内部及表面各点的温度状态,当混凝土结构浇筑后,由于混凝土内部的水化热、外界的太阳辐射以及气温变化等因素的影响,混凝土结构内部会处于不同的温度状态。
由于混凝土结构经受各种自然环境条件变化的影响,从浇筑时起混凝土结构的表面与内部各点温度都在发生变化;结构物的内表面处还不断地以辐射、对流和传导等方式与周围空气介质进行热交换;由于混凝土结构的构造与使用要求不同导致结构物尺寸形状上的差异,因此混凝土结构物处于十分复杂的热交换过程中,其温度分布是不均匀的也是很复杂的。
混凝土结构温度分布的不均匀性和复杂性导致混凝土结构中温度效应的产生。
混凝土结构的温度效应主要是指由于混凝土结构中温度分布不均导致的在结构物中产生温度应力和温度变形等不良现象。
2.2大体积混凝土结构的约束
(1)外约束。
一个物体的变形可能受到其它物体的阻碍、一个结构的变形可能受到其他结构的限制,这种物体与物体之间、结构与结构之间的相互牵制作用称为“外约束”。
如混凝土筏板热胀冷缩时受到桩、地基土等的阻碍即属于外约束。
外约束按约束程度可分为:无约束(自由体)、全约束(嵌固体)和弹性约束。
外约束产生的约束应力可能使构件或结构产生局部裂缝,也可能产生贯穿性裂缝。
(2)内约束。
一个物体或构件本身各质点之间的相互牵制作用称为“内约束”或“自约束”通常,在一个物体或构件的不同部位可能有不同的温度和收缩变形,例如一个混凝土筏板,其截面上各点的温度一般呈现非线性关系,从而产生非线性不均匀变形,使筏板内产生自约束及自约束应力。
但是由于这种自约束应力是由非线性的不均匀变形引起的,所以只能使构件产生局部裂缝(表面或中部)。
3 大体积混凝土温度裂缝的影响因素分析
3.1水泥及掺合料的影响
降低水化热温度就必须降低混凝土强度等级,减少水泥用量。
另外,掺加掺合料可以有效降低水化的峰值温度,推迟水化温峰的出现时凝土结构内部及表面各点的温度状态,当混凝土结构浇筑后,由于混凝土内部的水化热、外界的太阳辐射以及气温变化等因素的影响,混凝土结构内部会处于不同的温度状态。
由于混凝土结构经受各种自然环境条件变化的影响,从浇筑时起混凝土结构的表面与内部各点温度都在发生变化;结构物的内表面处还不断地以辐射、对流和传导等方式与周围空气介质进行热交换;由于混凝土结构的构造与使用要求不同导致结构物尺寸形状上的差异,因此混凝土结构物处于十分复杂的热交换过程中,其温度分布是不均匀的也是很复杂的。
混凝土结构温度分布的不均匀性和复杂性导致混凝土结构中温度效应的产生。
混凝土结构的温度效应主要是指由于混凝土结构中温度分布不均导致的在结构物中产生温度应力和温度变形等不良现象。
3.2大体积混凝土结构的约束
(1)外约束。
一个物体的变形可能受到其它物体的阻碍、一个结构的变形可能受到其他结构的限制,这种物体与物体之间、结构与结构之间的相互牵制作用称为“外约束”。
如混凝土筏板热胀冷缩时受到桩、地基土等的阻碍即属于外约束。
外约束按约束程度可分为:无约束(自由体)、全约束(嵌固体)和弹性约束。
外约束产生的约束应力可能使构件或结构产生局部裂缝,也可能产生贯穿性裂缝。
(2)内约束。
一个物体或构件本身各质点之间的相互牵制作用称为“内约束”或“自约束”通常,在一个物体或构件的不同部位可能有不同的温度和收缩变形,例如一个混凝土筏板,其截面上各点的温度一般呈现非线性关系,从而产生非线性不均匀变形,使筏板内产生自约束及自约束应力。
但是由于这种自约束应力是由非线性的不均匀变形引起的,所以只能使构件产生局部裂缝(表面或中部)。
4大体积混凝土温度裂缝的影响因素分析
4.1水泥及掺合料的影响
降低水化热温度就必须降低混凝土强度等级,减少水泥用量。
另外,掺加掺合料可以有效降低水化的峰值温度,推迟水化温峰的出现时间。
不同活性的掺合料对胶凝材料影响程度也不同,实验表明粉煤灰较矿粉对控制胶凝材料水化热更为有利。
采用复合膨胀掺合料可有效降低大体积混凝土的绝对温升,推迟混凝土的温度峰值出现时间。
4.2膨胀剂的影响
我国混凝土的膨胀剂种类大致可分为硫铝酸盐系列膨胀剂、氧化钙系列膨胀剂及氧化镁系列膨胀剂等。
国内混凝土工程中最常用的膨胀剂是硫铝酸盐系列膨胀剂,其中uEA系列膨胀剂占总膨胀剂量的80%,它可与水泥反应生成钙矾石等膨胀组份在限制条件下补偿体系的体积收缩,并提高密实性。
但由于此类膨胀剂机理非常复杂,它对大体积混凝土的温度裂缝影响还有待进一步研究。
4.3浇筑温度的影响
混凝土浇筑温度高会导致内部最高温度升高,因而内部温差加大,出现内部裂缝或贯穿性裂缝的危险性增加,因此应严格限制浇筑温度。
4.4内外温差
GB50204——2规定:混凝土表面和内部温差应控制在设计要求的范围内。
当设计无具体要求时,温差不宜超过25℃。
4.5温度陡降的影响
寒潮来临冷空气影响、暴雨袭击、保温层失效、撤除保温层时间不当等均可导致混凝土表面温度突然下降,引起表面裂缝。
由于这种温差形成的温度应力时问短,应力松弛影响小,更容易造成裂缝。