大体积混凝土温度应力分析

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摘要：施工中应以预防裂缝的发生为主。掌握温度应力变化规律及混凝土裂缝的产生原因对于进行合理的结构设计和施工极为重要的。在今后的工程施工中我们应多进行这方面的探讨研究，使混凝土结构工程更趋于合理、安全。本文对大体积混凝土温度应力进行了探讨。

关键词：大体积；混凝土；温度应力；原因；措施

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

随着我国社会主义市场经济蓬勃发展,城市建设不断朝着高建筑, 整体浇筑混凝土方向发展。现在每年混凝土用量已达9亿立方米。为满足结构功能需要, 大体积混凝土施工也越来越普遍, 如高层建筑地下室基础的底板、承台, 上部结构转换层等, 混凝土工程的施工质量总体水平不断提高。但是与国民经济发展水平和国际先进水平相比, 我国建筑工程混凝土施工质量仍有较大差距, 特别是造成混凝土裂缝现象时有发生。引起混凝土裂缝原因很多, 在大体积混凝土施工中, 温度应力是造成裂缝最常见的原因。

一、温度应力引起的原因

1、自生应力

没有任何边界上完全约束或静止的结构, 如果内部温度是非线形分布的, 由于结构本身互相约束而会出现温度应力。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在温度变化时的变形应力。

这两种温度应力往往和混凝土的干缩引起的应力共同作用。

二、 温度应力的形成过程

温度应力的形成过程可分为以下三阶段:

1、早期

自浇注混凝土开始至水泥放热基本结束, 一般为30d。这个阶段具有两个特征, 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, 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, 这些应力与早期残余的应力相叠加, 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的, 这些应力与前两种残余应力相叠加。

三、大体积混凝土温度应力的影响因素

1、弹性模量

从混凝土水化反应开始，即出现温度应力和弹性模量，两者呈正比例变化关系.且随着温度场的变化，弹性模量时刻发生变化.因此，在计算温度应力的时候，需考虑弹性模量和温度场的关系和变化。在浇筑早期阶段，混凝土呈塑性状态，弹性模量较小，由于温度升高产生的温度应力能够得到及时释放，相应的温度应力也较小.随着混凝土的逐步凝固硬化，弹性模量快速增加，温度场产生的温度应力也快速增加.因此，在对大体积混凝土温度应力计算时，混凝土弹性模量的变化，是应重点考虑的因素。

2、徐变

除了温度场产生的变形，在长期荷载作用下，混凝土会产生跟荷载大小无关的长期的变形，称为混凝土徐变.徐变有利于抵消一部分温度应力产生的变形，有利于温度应力裂缝的控制.所以，大体积混凝土施加荷载后，再研究和计算温度应力时，则应充分考虑到非线性变形的徐变对温度应力的抵消作用。

3、水分场

大体积混凝土内部温度场与水分迁移相互作用、相互影响，水的比热容大，其迁移对温度场产生很大影响.考虑两场的交叉耦合机制，为混凝土失水收缩提供重要的理论依据，且在大体积混凝土温度应力研究方面，提供了另外一个角度的理论研究.大体积混凝土的应变和温度应力的一部分存在形式是收缩应力，由收缩变形引起，水分场作为影响大体积混凝土温度应力的因素，应受到充分重视。

四、改善大体积混凝土温度的施工措施和工艺

1、降低混凝土成型时的温度

混凝土成型时的温度可由混凝土拌合物的温度、混凝土拌合物的出机温度及混凝土拌合物运输及浇筑时的温度增量等计算确定。由混凝土配合比可知,石子比热容虽然较小，但每m3 混凝土中石子所占重量达40％左右，水的重量在每m3 混凝土中占的比例虽然不大，但比热容较大，因此影响混凝土拌合物温度的主要因素是石子和水的温度。要想获得较低的混凝土拌合物温度，最有效的措施就是降低石子和水的温度。夏季施工时，可用冰水搅拌，亦可将骨料堆场遮盖防止日晒，必要时尚须喷洒水雾降温。

2、选择合适的混凝土材料降低水泥的水化热

要降低混凝土内部的最高温升，就要在满足混凝土强度等技术指标的前提下降低每m3 混凝土中的水泥用量及选用水化热较低的水泥，因此在配制混凝土时可采用发热量较低的矿渣水泥或掺加减水剂和粉煤灰或沸石粉，以减少水泥用量和改善混凝土的和易性。

3、加强混凝土养护

大体积混凝土每次分段浇筑完毕后，应在混凝土初凝之后终凝之前进行二次振捣或进行表面的抹压，排除上表面的泌水，用木拍反复抹压密实，消除最先出现的表面裂缝。在冬季施工，还需对混凝土进行保温潮湿养护或加热养护；非冬期施工条件时，可覆盖塑料薄膜及保温材料，也可在混凝土终凝后在其上表面四周筑堤，灌水20～30cm 深，进行养护，将温差控制在设计要求范围内。混凝土在潮湿环境中的养护时间，对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d，对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14d。

4、改善混凝土浇注工艺

混凝土运至浇筑地点，应符合浇筑时规定的坍落度，当有离析现象时，必须在浇筑前进行二次搅拌。混凝土浇筑层的厚度，应不大于振捣棒作用部分长度的1.25倍。浇筑混凝土应连续进行，当必须间歇时，其间歇时间宜尽量缩短，并应在前层混凝土凝结之前，将次层混凝土浇筑完毕。浇筑混凝土应合理分段、分层进行，尽量扩大浇注工作面，减少浇注层的厚度，从而增加散热的面积和时间。浇筑的时间应尽量在室外气温较低时进行，混凝土浇筑温度不宜超过28℃。

综上所述，工程施工中应注意避免产生温度裂缝, 一旦出现温度裂缝尤其是贯穿裂缝后要恢复结构的整体性是十分困难的。因此施工中应以预防裂缝的发生为主。掌握温度应力变化规律及混凝土裂缝的产生原因对于进行合理的结构设计和施工极为重要的, 在今后的工程施工中我们应多进行这方面的探讨研究, 使混凝土结构工程更趋于合理、安全。

参考文献：

[1] 杨海萍, 冯长德, 曹文涛. 桥梁大体积混凝土温度裂缝控制与处理[J]. 科技信息, 2009,(11)

[2] 杨庆生, 李春江, 弓俊青. 鸟巢地基混凝土凝固温度应力分析与控制[J]. 力学与实践, 2008,(03)

[3] 杨清峰, 张娟, 郭丽. 大体积混凝土温度裂缝分析及防控[J]. 科技信息, 2011,(03)

[4] 陈海东. 大体积混凝土温度裂缝控制[J]. 民营科技, 2008,(01)

[5] 任晓光. 承台大体积混凝土温度应力分析与裂缝控制探讨[J]. 科技情报开发与经济, 2010,(06)

[6] 何淑芸, 张高峰. 大体积混凝土降温施工措施[J]. 科技致富向导, 2010,(29)

[7] 车天跃. 浅谈大体积混凝土裂缝控制[J]. 黑龙江科技信息, 2010,(32)

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