淺談混凝土溫度應(yīng)力裂縫防治

張斌程向紅

1石家莊建工集團(tuán)有限公司（050000）2石家莊萬成民用建筑設(shè)計(jì)有限公司（050000）

設(shè)計(jì)與施工

淺談混凝土溫度應(yīng)力裂縫防治

張斌1程向紅2

1石家莊建工集團(tuán)有限公司（050000）2石家莊萬成民用建筑設(shè)計(jì)有限公司（050000）

這里對(duì)混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因、現(xiàn)場(chǎng)混凝土溫度的控制和預(yù)防裂縫的措施等進(jìn)行闡述。

混凝土；溫度應(yīng)力；裂縫控制

混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位。盡管施工中采取各種措施，小心謹(jǐn)慎，但裂縫仍然時(shí)有出現(xiàn)。

1 裂縫的原因

混凝土產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要原因是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)），模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降。

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如果養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫?；炷潦且环N脆性材料,抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1／10左右,短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104，長(zhǎng)期加荷時(shí)的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，運(yùn)輸和澆筑過程中出現(xiàn)離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中抗拉強(qiáng)度不均勻，存在著許多抗拉能力很低，因此，容易出現(xiàn)裂縫。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位，如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到正常溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過外荷載所引起的應(yīng)力。因此，掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。

2 溫度應(yīng)力的分析

溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段：

1）早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30d。這個(gè)階段有兩個(gè)特征，一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。

2）中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止。這個(gè)時(shí)期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化引起，并與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加。在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

3）晚期：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。

溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：

1）自生應(yīng)力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如，橋墩結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大,混凝土冷卻時(shí)表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在橋墩表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。

2）約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。例如，箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土。

這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮引起的應(yīng)力共同作用。要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算。計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，必須考慮徐變的影響。

3 溫度的控制和防止裂縫的措施

為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力，可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手。

控制溫度的措施如下：

1）采用改善骨料級(jí)配、用干硬性混凝土、摻混合料、加引氣劑或塑化劑等措施，以減少混凝土中的水泥用量。

2）拌和混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻,以降低混凝土的澆筑溫度。

3）熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱。

4）在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫。

5）規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度。

為保證混凝土工程質(zhì)量，防止混凝土裂縫，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少混凝土裂縫的措施之一。

4 混凝土的早期養(yǎng)護(hù)

實(shí)踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成。寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此，混凝土的保溫對(duì)防止表面早期裂縫尤其重要。

從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā)，保溫應(yīng)達(dá)到下述要求：1）防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。2）防止混凝土過冷，盡量使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度。3）防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。