一、溫度應(yīng)力的形成過程
溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下3個階段:
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。這個階段的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)束時開始至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時為止,這個時期中,溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻以及外界氣溫的變化而引起,這些應(yīng)力與早期所形成的殘余應(yīng)力相疊加。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轉(zhuǎn)時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與前2種的殘余應(yīng)力相疊加。
二、溫度應(yīng)力形成原因
溫度應(yīng)力形成的原因可分為兩類:
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,橋梁墩身、結(jié)構(gòu)尺寸相對較大,混凝土冷卻時表面溫度低,內(nèi)部溫度高,在表面出現(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。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。
以上2種溫度應(yīng)力往往與混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。
三、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2個方面著手。
控制溫度的措施
1、采用改善骨料級配,用硬性混凝土,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、拌合混凝土?xí)r對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應(yīng)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)定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度。
6、施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)采取保溫措施。
四、改善約束條件的措施
1、合理地分縫分塊。
2、避免基礎(chǔ)大起大伏。
3、合理安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。
4、混凝土的早期養(yǎng)護
實踐證明,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,混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。
從溫度應(yīng)力觀點出發(fā),保溫應(yīng)達到下述要求:
(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)防止混凝土超冷,應(yīng)盡量設(shè)法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。
混凝土的早期養(yǎng)護,其主要目的在于保持適宜的溫濕條件,從而達到2個方面的效果,一方面是使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和干縮;另一方面是使水泥水化作用順利進行,以期達到設(shè)計的強度和抗裂能力。
適宜的溫、濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的。混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。
從理論上分析,新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失,從而推遲或防礙水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此,混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護的關(guān)鍵時期,在施工中應(yīng)切實重視起來。