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摘要：通过查阅有关混凝土内部应力方面的标准、规范，对混凝土温度裂缝产生的成因进行分析，并结合高铁站房工程实例，对现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施等进行阐述。
关键词：混凝土；温度应力；裂缝；控制
1慨述
1.1混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而在今天，混凝土的裂缝出现也较为普遍，尤其在高铁站房等重要公共建筑施工中采取各种措施，但裂缝仍然时有出现。研究其因，主要是对混凝土温度应力的变化掌控不够是其中之一。
1.1.1在站房混凝土施工中，温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因；首先，在混凝土施工中时常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对梁板结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。在新建宝鸡至兰州铁路客运专线天水南站站房工程施工中，该站房是宝兰客运专线上最大客运站房，主要由桩基、独立基础、梁板、柱及钢结构组成，混凝土浇筑总方量为3万余立方，为确保天水南站工程高标准的质量要求，通过分析混凝土温度和裂缝的形成原因，在施工过程中采取了相关有效控制技术，克服了裂缝的产生，因此本文仅对施工中混凝土温度和裂缝的成因与控制技术措施做简单探讨。
2混凝土裂缝产生的成因
混凝土施工产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以施工技术措施，配合比、原材料选用不合理（如碱骨料反应）模板变形等。
2．1原材料选用不合理。
2．1．1粗细骨料含泥量超标，级配不良，导致水和水泥用量增大、水泥浆体积增大，降低了混凝土强度，使混凝土收缩加大；骨料粒径大收缩小，含水量大收缩越大，诱导了收缩裂缝的产生；
2．1．2水泥品种的不同，其收缩程度也不同，水泥等级越高，细度越细，致使早强对混凝土开裂影响很大；水泥的安定性不合格或受潮或含碱量偏高也可使混凝土结构产生收缩裂缝；
2．1．3外加剂、掺和料选用不合理，可以增加混凝土的收缩，产生收缩裂缝；
2．2配合比设计不合理
2．2．1水胶比过大，在胶凝材料用量一定的情况下，用水量加大，增加混凝土的收缩，致使产生收缩裂缝；同时选用水泥品种不当，水化热高的水泥，在混凝土硬化过程中产生大量的水化热，形成内外温差，使混凝土内部产生压应力，外部产生拉应力，当温差产生的拉应力超过其表面极限抗拉强度时，就会在混凝土表面形成裂缝；
2．2．2配合比中含砂率、水胶比选取不合理造成混凝土的和易性较差，容易导致离析、泌水，混凝土失水形成早期的塑性收缩；
2．3施工技术措施不合理
2．3．1原材料进入搅拌机温度过高，导致混凝土入模温度高，形成混凝土的内外温差过大或内部温度过高；原材料计量不准确，造成了混凝土的强度不足，容易导致开裂；
2．3．2混凝土搅拌时间、运输过程耗时过长，导致水份蒸发较多、坍落度过低，使混凝土形成不规则的塑性收缩；
2．3．3混凝土振捣时间过长，粗骨料下沉，细骨料在上层；振捣时间过短，振捣不密实，出现蜂窝、麻面、空洞，形成混凝土强度不均匀，强度薄弱层容易开裂；
2．3．4侧模板拆除时间不当：拆除过早，混凝土表面温度降底，容易形成混凝土内外温差过高；拆除过晚，混凝土内部温度高于外界大气温度，容易形成早期裂缝；
2．3．5混凝土初期养护不到位：混凝土硬化以后，表面水份逐步蒸发，形成脱水收缩，而内部水份蒸发慢，因而产生内外收缩不均匀，致使混凝表面产生拉应力。
2．3．6在混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不到位，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右。由于原材料选定不合理，水胶比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。尤其在天水南站候车大厅楼板钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在天水南站施工中混凝土由最高温度峰值冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。综合上述裂缝成因，主要是收缩和温度裂缝。为了解决天水南站现场梁板混凝土浇筑问题，应从控制收缩和温度这两方面技术措施进行控制。
3温度应力的分析
3.1根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：
3.1.1早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约28天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。
3.1.2中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间形成混凝上的弹性模量的变化。
3.1.3晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。
3.2根据温度应力引起的原因可分为两类：
3.2.1自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如站房梁板，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。
3.2.2约束应力：梁板混凝土的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。
4温度的控制和防止裂缝的技术措施
4.1为了防止天水南站梁板裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善应力约束条件两个方面着手。
4.2控制温度的技术措施；
4.2.1采用改善骨料级配，掺粉煤灰，加引气剂或外加剂等技术措施以减少混凝土中的水泥用量；
4.2.2夏季拌合混凝土时加水或用水将骨料冷却以降低骨料的浇筑温度；
4.2.3浇筑混凝土时减少浇筑摊铺厚度，利用浇筑层面散热；
4.2.4在混凝土中埋设降温水管，通入冷水循环降温。
4.2.5在合理的拆模时间内，气温变化较大时进行表面保温，以免混凝土表面发生较大的温度差；
4.2.6施工中长期暴露的混凝土梁板，在冬季应采取保温技术措施；
4.3改善约束条件的技术措施。
4.3.1合理地设置施工缝；
4.3.2此外，改善混凝土的性能，加强养护，提高梁板混凝土抗裂能力，防止表面干缩，特别是保证天水南站梁板柱混凝土的质量对防止裂缝是十分重要的。
4.3.3在宝兰客专天水南站梁、板柱混凝土施工中，为了防止浇筑的梁板、柱混凝土拆模时引起混凝土表面的早期裂缝。在新浇筑混凝土拆模过程中，在表面会引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温高，此时拆除模板，表面温度降低，必然引起温度变化较大，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一层保温材料，如海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。
4.4为保证天水南站梁板混凝土质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，合理掺配外加剂也是减少开裂的技术措施之一，天水南站施工中使用良好的高效缓凝减水剂。
4.4.1混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低。
4.4.2水胶比是影响混凝土收缩的重要因素，使用高效缓凝减水剂可使混凝土用水量减少25％。
4.4.3水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加高效缓凝减水剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15％的水泥用量。
4.4.4高效缓凝减水剂可以改善水泥浆体的稠度，减少混凝土泌水，减少收缩变形。
4.4.5提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。
4.4.6混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。缓凝减水剂可有效地提高混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。
4.4.7掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩，而且混凝土和易性好，表面形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩开裂。
4.4.8掺高效缓凝减水剂有缓凝、增加混凝土和易性、改善塑性的功能，在天水南站工程实践中进行这方面的试验对比和研究，比单纯的靠改善外部条件，可能会更加简捷、经济合理。
5混凝土的早期养护控制裂缝技术措施
5.1在天水南站梁板柱混凝土浇筑中，常见的裂缝是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度变化造成，冬季施工的温度骤降也容易形成裂缝。因此说混凝土的保温技术措施对防止表面早期裂缝尤其重要。
5.1.1防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。
5.1.2控制好站房梁板柱混凝土的出料温度和入摸温度，也是防止混凝土温度变化，出现裂缝。
5.2混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。
5.3适宜的温湿度条件是相互关联的。混凝上的保温措施常常也有保湿的良好效果。
6结束语
6.1以上对天水南站梁板、柱混凝土的温度与裂缝之间的关系进行了理论和实例上的简单探讨，虽然对于混凝土裂缝的成因和温度有不同的看法，但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一，同时在天水南站及其它几个站房工程实践中的应用效果也是比较好的，具体在今后站房施工中要靠多观察、多比较，多分析、多总结，结合多种预防处理技术措施，避免混凝土的裂缝出现是完全可以的。
参考文献：
［1］《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015
［2］《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
［3］《铁路混凝土工程施工技术指南》铁建设［2010］241号
［4］《试论混凝土裂缝的控制》任岳炎孔根土王荣海.2006
［5］《泵送混凝土施工裂缝的防冶》杨国法.2003
［6］《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011
论文作者:顾光友
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第16期
论文发表时间:2018/1/17
标签：混凝土论文; 应力论文; 裂缝论文; 温度论文; 天水论文; 表面论文; 骨料论文; 《建筑科技》2017年第16期论文;