混凝土水化热升降温曲线
中国工程结构专家王铁梦所著《工程结构裂缝控制》一书中,通过大量的数据分析得出结论:工程结构物的裂缝原因,属于由变形(应力)引起的约占80%;属于由荷载引起的约占20%。(前后的数据并非说完全由哪种情况引起的,而是主要由哪种情况引起的)
当混凝土结构产生变形时,在结构的内部、结构与结构之间,都会受到相互影响、相互制约,这种现象称为约束。当混凝土结构截面较厚时,其内部温度和湿度分布不均匀,引起内部不同部位的变形相互约束,这样的约束称为内约束;当一个结构物的变形受到其他结构的阻碍所受到的约束称为外约束。当变形受到约束时便产生应力,此应力一旦超过混凝土抗拉强度时便会产生裂缝。建筑工程中的大体积混凝土结构所承受的变形,主要是因温差和收缩而产生的。
混凝土水化热升降温曲线
• 水泥水化热:水泥在水化过程中要释放出一定的热量,而大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小,所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去,以至于越积越高,使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热,与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关,并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热,实际上内部的最高温度,多数发生在浇筑后的最初3~5天。
【水泥水化过程中产生大量的热量,每克水泥放出502J的热量,如果以水泥用量350~550kg/m3来计算,每m3混凝土将放出175700~276100J的热量,从而使混凝土内部温度升高,在浇筑温度的基础上,通常升高35℃左右。如果按着我国施工验收规范规定浇筑温度为28℃ 则可使混凝土内部温度达到65℃左右。但是,如果没有降温措施或浇筑温度过高,混凝土内部温度高达80~90℃的情况也时有发生,例如XX大厦在浇筑筏板反梁基础的大体积混凝土的内部温度,经实际测定高达95℃。水泥水化热在1~3天可放出热量的50%,由于热量的传递、积存,混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后的3~5天,因为混凝土内部和表面的散热条件不同,所以混凝土中心温度高,形成温度梯度,造成温度变形和温度应力。温度应力和温差成正比,温度越大,温度应力也越大。当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力(包括混凝土抗拉强度)时,就会产生裂缝。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的3~5天,初期出现的裂缝很细,随着时间的发展而继续扩大,甚至达到贯穿的情况。】
• 外界气温变化:大体积混凝土在施工阶段,它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降,会大大增加内外层混凝土温差,这对大体积混凝土是极为不利的。
温度应力是由于温差引起温度变形造成的;温差愈大,温度应力也愈大。同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,混凝土内部的最高温度一般可达60~65℃,并且有较长的延续时间。因此,应采取温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的温度应力。
• 混凝土的收缩:混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的,而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化,这对混凝土是很不利的。
影响混凝土收缩,主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺(特别是养护条件)等。
此外,国际公认泵送商品混凝土对混凝土的质量(均质性)有很大的提高,对供应方式有重要的改进,但是对混凝土的裂缝控制的难度大大增加了,因此,这类问题不是我国特有的技术问题,是国际上钢筋混凝土的共性难题。
1、做好混凝土配合比,符合要求的情况下尽量减小水泥用量。
2、在混凝土中添加纤维。
3、保证浇筑质量。
4、做好养护。