关于大体积混凝土结构温度变化及温度裂缝.docVIP

关于大体积混凝土结构温度变化及温度裂缝 　　摘要：混凝土材料在现代工程建设中起到举足轻重的作用。但是混凝土结构的裂缝较为普遍，在一般大体积混凝土工程中尤为普遍。本文探讨了混凝土温度裂缝与温度应力的形成原因，针对温度的控制和防止裂缝提出了相应的措施。 　　关键词：大体积混凝土；温度；温度应力；裂缝 　　中图分类号：TU755 　　文献标识码：A 　　 　　在大体积混凝土结构的施工中，控制温度及温度应力具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在使用过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。本文重点探讨施工时的温度变化造成的裂缝。 　　 　　1　裂缝的成因 　　 　　混凝土中生成裂缝有很多原因，主要的原因在于温度和湿度的变化；混凝土的脆性和不均匀性；结构受力不合理；原料质量不合格；模板变形及基础不均匀沉降等。 　　众所周知，混凝土中的水泥在水化反应过程中会产生大量的水化热，造成混凝土结构内部温度不断上升，整个结构发生膨胀，于是在结构表面引起拉应力；后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝土的约束，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，但表面湿度通常变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种刚性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右，短期加载时的极限拉伸变形只有(0，6～1.0)×10－4，长期加载时的极限位伸变形也只有(1，2～2，0)×10－4。由于原材料不均匀，水泥水灰比不稳定，砼运输和浇筑过程中可能发生的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又往往不均匀，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋来承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内部或钢筋混凝土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。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到使用时的稳定温度，往往会在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可能超过其它外荷载所引起的应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。 　　 　　2　混凝土结构温度应力的形成分析 　　 　　根据温度应力的形成过程大致可分为以下三个阶段： 　　(1)早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土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部形成残余应力。 　　(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，在此期间混凝土的弹性模量变化不大。 　　(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。 　　根据温度应力引起的原因可分为两类： 　　(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。例如，桥梁墩身，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。 　　(2)约束应力：结构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。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。 　　这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。 　　要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响，具体计算这里不细述。 　　 　　3　温度的控制和防止裂缝的措施 　　 　　为了防止裂缝，减小温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。 　　控制温度的措施如下： 　　(1)改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量； 　　(2)拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度； 　　(3)热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热； 　　(4)在混凝土中埋设水管，通人冷水降温； 　　(5)规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度； 　　(6)施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施； 　　改善约束条件的措施是： 　　(1)合理地分缝分块；