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工程建设中混凝土的施工温度与裂缝研究

2014-09-17 01:05

摘要：根据多年的现场观察，查阅有关混凝土内部应力方面的专著，对混凝土温度裂缝产生的原因、现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施等进行简要阐述。

关键词：混疑土；温度应力；裂缝；控制 　
　
　　混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而混凝土的裂缝较为普遍，在桥梁工程中裂缝几乎无所不在。尽管在施工中采取各种措施，但裂缝仍然时有出现。对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义。首先，在施工中混凝土常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施作一探讨。
　　
　　1 裂缝的原因
　　
　　混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格(如碱骨料反应)，模板变形，基础不均匀沉降等。
　　混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，导致内部裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右，短期加荷时的极限拉伸变形与长期加荷时的极限拉伸变形相差不大。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，以及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又不均匀，存在着许多抗拉能力很低、易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承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝土的边缘部位，如果结构内出现了拉应力，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运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可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。

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　　2 温度应力的分析
　　
　　根据温度应力的形成过程可分为三个阶段：
　　（1）早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约为30天。其特征是，一是水泥放出的大量的水化热，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，这些应力与早请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，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。
　　(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。
　　这两种温度应力和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。
　　根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小比较复杂，计算混凝土温度应力时，必须考虑徐变的影响。
　　
　　3 温度的控制和防止裂缝的两项措施
　　
　　控制温度的措施如下：
　　(1)采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，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，通过冷水降温；（5）规定合理的拆膜时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧温度梯度；（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。