工程建设中混凝土温度裂缝原因分析(一)

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摘要：混凝土在现代工程建设中占有重要地位，混凝土的裂缝也较为普遍，而温度裂缝的出现是施工中常遇到的问题，它影响到结构的整体性和耐久性。本文基于温度应力，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阐述。
　　关键词：混凝土；温度裂缝；裂缝控制
　　1前言
　　
　　混凝土在现代工程建设中占有相当重要地位。但混凝土中裂缝的出现严重影响了混凝土结构的性能。尽管在施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍时有出现。究其原因，我们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十分重要。主要原因是：一、在施工中混凝土常常出现温度裂缝，从而影响到混凝土结构的整体性和耐久性；二、在结构服役期间，温度应力的变化对结构的应力状况具有不容忽视的影响。
　　
　　2裂缝的原因分析
　　
　　工程建设中混凝土裂缝的产生有多种原因，其中主要的原因有混凝土温度和湿度的变化、混凝土自身的脆性和不均匀性、混凝土结构的不合理、混凝土原材料不合格(如碱集料反应等)、模板变形以及基础的不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥释放出大量水化热，内部温度不断上升，在混凝土表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到其他部分的约束又会在混凝土内部出现拉应力。同时，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拉强度时，即会出现裂缝。
　　工程建设中许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、干湿变化，混凝土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只有(0.6～1.0)×104，长期加荷时的极限位伸变形也只有(1.2～2.0)×104。由于原材料不均匀，水灰比不稳定，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是不均匀的，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承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝土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运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起拉应力。有时温度应力甚至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。
　　
　　3温度应力的分析
　　
　　3．1温度应力的形成过程
　　温度应力的形成可分为以下三个阶段：
　　3．1．1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。
　　3．1．2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。
　　3．1．3晚期：混凝土完全冷却以后的服役时期。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叠加。
　　
　　3．2温度应力引起的原因
　　对于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，在中间过程出现压应力。这种应力成为自身应力。
　　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。此时的应力称为约束应力。
　　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，所以计算温度应力时，还必须考虑徐变的影响。
　　
　　4温度裂缝控制措施
　　
　　针对上述原因分析，为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。