工程管理專業學生畢業實習報告

3 施工溫度對混凝土面板的影響

3.1 溫度裂縫產生原因

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內部溫度不斷上升,在表面引起拉應力。後期在降溫過程中,由於受到基礎或老混凝土的約束,又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會 在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時,即會出現裂縫。許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢,但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化,如養護不周、時乾時濕,表面乾縮形變受到內部混凝土的約束,也往往導致裂縫。混凝土是一種脆性材料,抗拉強度是抗壓強度的1/ 10左右,短期加荷時的極限拉伸變形只有(0.6~1.0)×104,長期加荷時的極限位伸變形也只有(1.2~2.0)×104。由於原材料不 均勻,水灰比不穩定及運輸和澆築過程中的離析現象,在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的,存在著許多抗拉能力很低, 易於出現裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中,拉應力主要是由鋼筋承擔,混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結構內出現了拉應力,則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現拉應力或者只出現很小的拉應力。

但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩定溫度,往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力,因此掌握溫度應力的變化規律對於進行合理的結構設計和施工極為重要。

3.2 溫度應力的分析

根據溫度應力的形成過程可分為以下三個階段:

(1)早期:自澆築混凝土開始至水泥放熱基本結束,一般約30 天。這個階段有兩個特徵,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。由於彈性模量的變化,這一時期在混凝土內形成殘餘應力。

(2)中期:自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定 溫度時止。這個時期中,溫度應力主要是由於混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應力與早期形成的殘餘應力相疊加,在 此期間混凝土的彈性模量變化不大。

(3)晚期:混凝土完全冷卻以後的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起,這些應力與前兩種的殘餘應力相迭加。

根據溫度應力產生的原因可分為兩類:

(1) 自生應力:邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構,如果內部溫度是非線性分布的,由於結構本身互相約束而出現的溫度應力。例如,橋樑墩身,結構尺寸相對較大,混凝土冷卻時表面溫度低,內部溫度高,在表面出現拉應力,在中間出現壓應力。

(2)約束應力:結構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力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。

這兩種溫度應力往往和混凝土的乾縮所引起的應力共同作用。要想根據已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較複雜的工作。在大多數情況下,需要依靠模型試驗或數值計算。混凝土的徐變使溫度應力有相當大的松馳,計算溫度應力時,必須考慮徐變的影響,具體計算這裡就不再細述。

3.3 溫度的控制和防止裂縫的措施

為了防止裂縫,減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。

(1)控制溫度的措施

1)採用改善骨料級配,用乾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;