(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,在此期間混凝上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。根據溫度應力引起的原因可分為兩類:
(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 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。控制溫度的措施如下:
(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;
(2)拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆築溫度;
(3)熱天澆築混凝土時減少澆築厚度,利用澆築層面散熱;
(4)在混凝土中埋設水管,通入冷水降溫;
(5)規定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度;
(6)施工中長期暴露的混凝土澆築塊表面或薄壁結構,在寒冷季節採取保溫措施;
改善約束條件的措施是:
(1)合理地分縫分塊;
(2)避免基礎過大起伏;
(3)合理的安排施工工序,避免過大的高差和側面長期暴露;此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強養護,防止表面乾縮,特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要,應特別注意避免產生貫穿裂縫,出現後要恢復其結構的整體性是十分困難的,因此施工中應以預防貫穿性裂縫的
發生為主。
在混凝土的施工中,為了提高模板的周轉率,往往要求新澆築的混凝土儘早拆模。當混凝土溫度高於氣溫時應適當考慮拆模時間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆築早期拆模,在表面引起很大的拉應力,出現“溫度衝擊”現象。在混凝土澆築初期,由於水化熱的散發,表面引起相當大的拉應力,此時表面溫度亦較氣溫為高,此時拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應力,與水化熱應力迭加,再加上混凝土乾縮,表面的拉應力達到很大的數值,就有導致裂縫的危險,但如果在拆除模板後及時在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海棉等,對於防止混凝土表面產生過大的拉應力,具有顯著的效果。
加筋對大體積混凝土的溫度應力影響很小,因為大體積混凝土的含筋率極低。只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應力低於屈服極限的條件下,鋼的各項性能是穩定的,而與應力狀態、時間及溫度無關。鋼的線脹係數與混凝土線脹係數相差很小,在溫度變化時兩者間只發生很小的內應力。由於鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7~15倍,當內混凝土應力達到抗拉強度而開裂時,鋼筋的應力將不超過100~200kg/cm2..因此,在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現很困難。但加筋後結構內的裂縫一般就變得數目多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細而間距密時,對提高混凝土抗裂性的效果較好。混凝土和鋼筋混凝土結構的表面常常會發生細而淺的裂縫,其中大多數屬於乾縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺,但它對結構的強度和耐久性仍有一定的影響。為保證混凝土工程質量,防止開裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑,筆者在實踐中總結出其主要作用為:
(1)混凝土中存在大量毛細孔道,水蒸發後毛細管中產生毛細管張力,使混凝土乾縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力,