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水化热分析的必要性

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来源:
2018/07/02 15:22
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       我国在很多的桥梁大体积混凝土中,由于混凝土中的水泥会产生一定的水化热反应(即放热反应),因而其会引起混凝土的体积出现收缩或膨胀现象,而在收缩混凝土时其外部或内部的约束力时可能产生一种温度应力。桥梁大体积混凝土在水化热作用下会产生结构的温度变化,这样便会因温度应力而使得混凝土出现裂痕,而混凝土的表面与内部之间的不同温差会使得混凝土表面出现裂缝,另外由于混凝土温度的先升后降而产生的收缩受到外界约束时便会产生贯通性裂缝。 
  若桥梁大体积混凝土构件出现裂痕,这必将会极大减弱其防水性能、承载力以及耐久性等等,这也是导致降低桥梁大体积混凝土构件结构稳定性及耐久性的主要因素之一。在一般情况下,也就是在桥梁大体积混凝土结构中,其当板的厚度≥85cm~110cm,而下端的固定基础厚度≥60cm时,为了能够有效控制混凝土出现裂痕,那就需要对混凝土的温度和应力的分布进行计算,这就是需要进行水化热分析。

   桥梁大体积混凝土裂缝产生的原因 

  1.1 水泥水化热对混凝土结构的影响 
  在浇筑大型桥梁的墩身、桩基础承台以及扩大基础时,其都会使用到大体积的混凝土结构。当在大体积的混凝土浇筑完成后的硬化过程中,其中的水泥在水化作用下便会产生大量的水化热现象,而此时其内部的温度可能会≥70℃,若混凝土的体积越大其内部的温度就会越高。 
  若混凝土构件的体积过大,其内部聚集的水化热能量就越不易散发,因而其内部的温度就会持续升高,但是若其表面的散热速度比较快,那么就会形成较大的内外温差,而这种温差可能会导致其外部与内部的热胀冷缩出现不同步,进而在其内部也会产生一定的压应力,而在大体积混凝土的表面产生一定的拉应力,若混凝土的拉应力超过了其自身的极限抗拉强度时其表面就会出现裂缝。 
  1.2 大体积混凝土构件的收缩因素 
  混凝土收缩指的是其在空气中硬化时其体积逐渐变小的过程。这种现象是在混凝土不受任何外力作用下而出现的自发性变形,若其受到外力作用时,在混凝土内部将会产生一定的拉应力,这样可能会导致混凝土出现裂痕。 
  在众多引起混凝土出现裂痕的因素中最主要的有:塑性、温度以及干燥三类收缩。而在实际工程施工过程中,工程施工人员对混凝土收缩的性质都会较为重视,一般情况下除了大型水坝以外,在其它的大型建筑施工中均会测定大体积混凝土的干缩值,这样可有效评估混凝土开裂的可能性。 
  1.3 外界气温湿度变化的影响 
  在我国相关部门颁布的《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-92) [1]中对大型混凝土构件的浇筑温度进行了明确的规定(即不能超过28℃),但是考虑到全国各地的地方温差,例如南方地区与北方地区的平均温差较大,因而在高温季节进行桥梁大体积混凝土施工时,需要时刻评估周围气温的变化对构建产生裂缝的影响,若施工地区温度较高时建议应选择温度较低时段进行混凝土浇筑工作。 
  2 降低桥梁大体积混凝土水化热的措施 
  2.1 进一步优化桥梁大体积混凝土的设计 
  在修筑大型的桥梁时,为了能够有效控制所使用的大体积混凝土出现裂缝,我们需要首先从工程施工方案的设计上着手,目前在大型桥梁施工中较为常见的优化混凝土施工设计有以下几点: 
  ①在水泥使用方面,可以首要考虑主要使用中低强度的水泥,这样可以充分的利用混凝土的后期强度‘②为了避免桥梁大体积混凝土结构突变而产生应力相对集中,我们需要在比较容易产生应力集中的薄弱环节采取必要的强化措施(例如:在转角处、孔洞周围等地方增添一些斜筋,让这些钢筋来分散混凝土所承担的拉应力,进而有效提高了混凝土的极限拉伸能力),这样可有效控制大体积混凝土构件出现裂痕’③在大体积混凝土结构设计时,需要充分考虑到施工当地的气候条件,科学设计后浇缝,其保留的时间需要≥60d为宜。若不能准确预测施工时的一些具体条件,则可根据实际情况来进行临时变更即可。 

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