混凝土建筑施工温度应力分析及养护

本帖最后由 csccbjs 于 2013-7-19 23:03 编辑

　 摘要：本文首先简单介绍了混凝土建筑在施工过程中产生温度应力的原因和危害，其次在理论和经验的基础上详细介绍了减小温度应力的措施，最后对混凝土建筑施工过程中的养护方法和重要作用进行说明。
　　 关键词：混凝土 温度应力 养护

1 概述

　　混凝土结构作为现代最重要的工程建设材料之一，对世界的发展和建设起着无可替代的作用，但是由于温度分布不均匀而导致的内部温度应力不可避免，对结构的强度和耐久性具有很大的威胁。当温度应力大于混凝土的抗拉极限强度时，常会在混凝土结构物变截面或者断面较小的部位产生裂缝。
1.1 温度应力产生原因。温度应力的产生是由混凝土的结构组成决定的，因为混凝土是骨料、气体、水分、水泥石等组成的非匀质材料。在混凝土浇筑后的硬化过程中，会产生大量的水化热，而混凝土本身体积大、导热系数小。这样，大量的水化热聚积在内部，导致内部温度上升速度太快，而结构外部的温度又在下降，内外形成极大的温度差。一方面，温差的产生会使混凝土内部产生一定的温度应力，用来平衡结构内部与外部热胀冷缩程度的不同。另一方面，气温的下降也是温度应力产生的一个因素。这样，在这两方面因素的共同作用下，温度应力的产生很难避免，但是在一定的措施下可以适当地减小这种不利的应力。
1.2 温度应力的危害。温度应力的存在，不仅对结构的耐久性构成极大的威胁，降低了资源的利用率，而且是人们的生命财产安全受到损害的隐患。在施工过程中经常会出现温度裂缝，特别是在梁板交接处、厚度突变出处以及梁板钢筋的上部，这些裂缝的出现和温度应力有很大的关系。混凝土裂缝的出现较为普遍，已经引起广大工程和设计人员的重视。混凝土在建设中的重要地位，使得其良好的质量保证必不可少，因而决定了温度应力的危害不容忽视。
2 减小温度应力的措施
　　通常根据不同原理，可以采用不同的措施来减少温度应力，每种方法都是围绕着混凝土的水化作用顺利进行，减小水化热进而降低内部温度，或者减慢结构外部温度降低速度两方面展开，分别介绍如下：
2.1 调整组分比例。混凝土中的各组分作用不同，不同的比例对其性质的影响很大。其中，选择热水泥或者低热水泥对体积较大的结构减小温度应力具有一定的作用，应优先选择粉煤灰水泥、火山灰水泥、矿渣水泥或者复合水泥。此外，减小水泥的用量，可使得混凝土温度相应下降，实验表明，如果水泥用量减少，结构内部温度相应降低。这样，也是充分利用了混凝土的后期强度。另外，在保证强度指标的前提下，活性掺合料的掺加对降低温度也起到一定的作用，而且这种效果随着掺加的比例增大而明显。
2.2 添加外加剂法。减水剂、增塑剂、引气剂、缓凝剂等外加剂，在改善混凝土拌合物的性质方面作用很大。减水剂、引气剂可以改善混凝土拌合物的流动性，缓凝剂、速凝剂可以调节混凝土凝结时间和硬化性能，引气剂还可以改善混凝土的耐久性。混凝土的流动性、粘聚性、保水性等性质改善后，可以改善整个混凝土结构的性质，减小温度应力的产生。另一方面，由于外加剂的减水和分散作用，在降低用水量和提高强度的同时，还可以推迟放热峰出现的时间，降低水化热，从而减小温度应力。
2.3 加强养护。混凝土的强度发展取决于水化状况，而温度和湿度是影响水化速度和程度的重要因素，所以在混凝土浇筑成型后，必须在一定时间内保持适当的温度和足够的湿度，减小温度应力的产生。混凝土养护可以提供水泥水化作用必须的适当温度，保证正常的水化作用，减小温度应力。如果养护不及时，不充分或者不恰当，都会造成结构内部温度应力的增加，使结构产生收缩裂缝，降低强度。养护的方法按照养护工艺的不同分为自然养护和加热养护两大类，自然养护又分为覆盖浇水养护、塑料薄膜养护和薄膜养生液养护，加热养护又分为蒸汽养护和太阳能养护。一般情况下，夏季主要以洒水为主，冬季主要以覆盖为主。

3 施工养护

3.1 养护的意义。混凝土的养护措施包括养护方法和养护时间，只有采用合适的养护方法并养护合理的时间，才能发挥养护的作用。时间表明，养护措施可得益于好的混凝土拌合物，但是养护不好则会损害混凝土拌合物。同时，养护充分不能补救不好的混凝土拌合物，所以首先要采用正确的配合比，得到好的拌合物。
　　合理的养护措施可保证混凝土硬化过程的正常发展。例如，在高温天气施工时，混凝土养护可以保证混凝土表面不出现早期干燥，在结构周边创造一个高湿度的环境。必须注意的是，混凝土表面一旦出现干燥，再采取措施则为时已晚，因此养护时要格外慎重。科学确定混凝土的养护期是一个困难问题，目前采用的方法是规定混凝土养护终止前，混凝土表面层的渗透率达到规定的某一限值，这一限值由结构所处环境和水泥品种有关。
3.2 自然养护。覆盖浇水养护，是根据外界气温在混凝土浇筑完后3h-12h用草帘、芦席、麻袋等材料将混凝土表面覆盖，并浇水保持湿润的方法，应用广泛。混凝土的浇水养护时间规定如下：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d；添加缓凝型外加剂或有抗渗性要求的混凝土不得少于14d；其他品牌水泥拌制的混凝土，应根据水泥的技术性能确定。
　　塑料薄膜养护，是将塑料薄膜直接覆盖在混凝土构件上，使之与空气隔绝，防止水分蒸发的方法。通常采用双层薄膜，上层黑色，下层透明，四周必须压严。这种方法的优点是操作方便，可循环利用，节约资源，降低成本，且能提高混凝土的早期强度，加速模具的周转。
　　薄膜养生液养护，是将可成膜的溶液喷洒在混凝土表面，使其表面与空气隔绝，原理是溶液挥发后在混凝土表面凝结成一层薄膜，这样就能将混凝土中的水分封闭，使水化作用顺利完成。这种方法是适用情况是表面积较大的混凝土施工。常见的塑料薄膜养护剂有氯乙烯―乙烯养护剂和过氯乙烯树脂塑料薄膜养护剂。这两种养护剂的来源不同，前者比较简单，市场上有成品销售，后者则需要由过氯乙烯树脂、苯二甲酸二丁酯等多种原料现配。
3.3 加热养护。为了加快预制构件的强度增长速度，常采用加热养护方法。蒸汽养护，是采用养护坑并覆盖养护罩或帆布、油布的方法。蒸汽养护分为四个阶段，分别为静停阶段、升温阶段、恒温阶段和降温阶段。静停阶段是指混凝土浇筑完毕后在室温下放置的时间，一般2h-6h；升温阶段是由原始温度上升至恒温的阶段，升温速度的控制特别重要；恒温阶段是强度增长最快的阶段，要保持较大的相对湿度；降温阶段时混凝土已经硬化，如果降温过快会使混凝土表面产生裂缝。因此，为防止由于蒸汽温度骤变引起的裂缝产生，必须严格控制升温和降温速度。太阳能养护是直接利用太阳能加热养护棚内的空气，使得混凝土在足够温湿度下养护的方法。养护棚主要由棚罩式和覆盖式，棚罩式养护是在混凝土构件上加盖养护棚罩，棚罩的材料以透明玻璃钢和透明塑料薄膜为佳，棚罩内的空腔不易过大，一般略大于混凝土构件即可；覆盖式养护是在混凝土成型、表面略平后进行养护，塑料薄膜为黑色，采用搭接时，搭接长度应大于30cm，覆盖时应紧贴四周，用沙袋或其他重物压紧盖严。

4 总结

　　混凝土建筑在现代工程建设中的地位越来越重要，解决混凝土结构在施工和使用过程中的问题也更加重要，温度应力的存在对混凝土的不利影响不容小觑，因此应该引起人们的重视，并寻求解决方法。混凝土养护即是一种有效的方法，在不同的养护方法中，要根据情况合理选择方案，将混凝土的功能发挥到最大作用。