浅谈温度对桥梁工程大体积混凝土裂缝的影响
摘要:本文以温度对桥梁工程大体积混凝土的影响,叙述了大体积混凝土裂缝产生的原因及防治办法。
关键词:温度 大体积混凝土 裂缝
0 引言
近年来,我国基础建设得到迅猛发展,各地兴建了大量的混凝土建筑。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”,特别是大体积混凝土裂缝,更是困扰着工程管理人员。因此,必须十分重视结构的裂缝问题,正确分析裂缝的产生机理,区分裂缝的性质及认识裂缝的危害程度;以便找到适合的防治措施。
1 大体积混凝土裂缝产生原因分析
混凝土具有热胀冷缩性质,特别是大体积混凝土,因其体积较大,热胀冷缩性质表现的更明显。当混凝土结构外部环境或内部温度发生变化时,结构将会发生变形,若变形遭到约束,则在结构内将产生应力,当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中,温度应力可以达到甚至超出活载应力。引起大体积混凝土温度变化主要因素有:
1.1 水化热。一般出现在施工过程中以及养护阶段。大体积混凝土在浇筑和初期养护阶段,由于水泥水化过程中会产生大量热量,致使内部温度很高。所以要采取措施控制内外温差不超过25℃,但往往由于管理不善,保温措施不力,导致内外温差太大,致使表面出现裂缝。施工中应根据实际情况,尽量选择水化热低的水泥品种,限制水泥单位用量,降低骨料入模温度,减小内外温差,并缓慢降温,必要时可采用循环冷却系统进行内部散热,或采用薄层连续浇筑以加快散热。
1.2 蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当,混凝土骤冷骤热,内外温度不均,易出现裂缝。
1.3 骤然降温。突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降,但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实际资料进行,混凝土弹性模量不考虑折减。
1.4 年温差。一年中四季温度不断变化,但变化相对缓慢,对桥梁结构的影响主要是导致桥梁的纵向位移,一般可通过桥面伸缩缝、支座位移或设置柔性墩等构造措施相协调,只有结构的位移受到限制时才会引起温度裂缝,例如拱桥、刚架桥等。我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度。考虑到混凝土的蠕变特性,年温差内力计算时混凝土弹性模量应考虑折减。
1.5 日照。桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后,温度明显高于其它部位,温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用,导致局部拉应力较大,出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。
2 桥梁工程大体积混凝土裂缝的防治
以上分析了大体积混凝土裂缝产生的原因,主要是由于大体积混凝土内外温差过大造成的。因此,如何如控制混凝土结构温度的变化是解决大体积混凝土裂缝的关键。以下从设计、施工和养护的角度分析如何预防大体积混凝土开裂。
2.1 优化大体积混凝土的设计 虽然大体积混凝土不布置钢筋或者布筋较少,我们还是可以在裂缝易发生部位如孔洞周围以及转角处布置一些斜筋,从而让钢筋代替混凝土承担拉应力,这样可以有效的控制裂缝的。为了避免裂缝的出现,在设计中利用中低强度底水泥充分利用混凝土的后期强度。在工程结构设计中要特别注意降低结构的约束度。对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值,因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。
2.2 大体积混凝土中水泥的品种及用量 研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。于是,我们对于桥梁中的大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。我们应该充分利用混凝土的后期强度,以减少水泥的用量。
2.3 掺加外加料和外加剂 在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后,可以增加混凝土的密实度,提高抗渗能力,改善混凝土的工作度,降低最终收缩值,减少水泥用量。要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升,防止结构出现温度裂缝,利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的之一。
2.4 大体积混凝土的骨料控制 在骨料的选择上应该选取粒径大强度高级配好的骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积,从而减少水泥的用量,降低水化热,减少干缩,减小了混凝土裂缝的扩展。
2.5 大体积混凝土的养护 在温度较高的情况下进行施工,我们在混凝土的内部通入冷却循环水,采用循环法保温养护,以便加快混凝土内部的热量散发。混凝土表面应该覆盖一些织物进行保温、保湿养护,这样不但可以降低混凝土内外温差,防止表面产生裂缝,还可以防止混凝土骤然降温产生贯穿裂缝,并且还可以使水泥顺利水化,防止产生湿度裂缝。为了及时掌握混凝土内部温升与表面温度变化值,可以在混凝土内埋设一定量的测温点,从而可以更好的了解混凝土的温度变化情况,一旦内外温差超过允许值25℃,好及时采取措施。
混凝土浇筑温度在冬季施工时一般以5℃～10℃为宜,在浇筑混凝土以前还应该对基础及新混凝土接触的冷壁用蒸汽预热,对原材料应视气温高低进行加热。加热石料时应避免过热和过分干燥,最高温度不应超过75℃。另外还要注意运输中的保温、浇筑过程中减少热量的损失以及保温养护。
3 工程实例
津汕高速公路大高至鲁冀界段第二合同段大寨河大桥大体积混凝土施工中的主要控制措施:
根据气象预报,拟浇筑三天后的平均气温。为防止因混凝土内外温差超过25℃而开裂,经研究、比较,在不降低水泥用量、掺粉煤灰及选用矿渣水泥的条件下,采用以下保温、保湿等保养方法。
3.1 充分利用混凝土后期强度,征得设计单位同意,掺入缓凝剂,使混凝土的水化热温度相应降低4℃～7℃。
3.2 优化混凝土配合比,做好粗细骨料的做配,掺入适量的优质粘火灰,掺入按水泥用量0.25%的缓凝型减水剂,降低水化热。
3.3 由于是夏季施工,在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖,以减少阳光对其的辐射,同时对浇筑前的砂石用冷水降温。在搅拌过程中向混凝土中添加冰水。以上这些措施都可以有效的降低混凝土的入模温度。
3.4 保温保湿养生,内散外蓄,采用混凝土浇捣后覆盖二层草包一层塑料薄膜,初凝后不断浇水,保温保湿养生14天。
3.5 采用高压水泵将冷却水送到环形喷水管,喷淋到顶部混凝土的内外壁表面,水流自上而下,水流除湿润混凝土表面外,还带走大量热量,使得被太阳晒热了的混凝土表面温度下降,混凝土表面残余水,又因水分蒸发带走一部分的热量。加强对混凝土的保养,不断观察混凝土保湿状况,定时浇水保湿。
4 结束语
以上主要从温度影响方面叙述了大体积混凝土裂缝产生的原因及防治办法,其他的裂缝产生原因就不一一赘述。综上所述,虽然大体积混凝土很容易产生裂缝,但是我们在设计过程中考虑充分,施工过程中采用适当的混合料、外加剂和严格的施工质量控制,以及在后期养护阶段加强养护,尽量降低大体积混凝土内外温差等一系列办法,可以将温度对裂缝的影响降至最低,以保证桥梁结构的耐久性和安全性。
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