混凝土溫度應(yīng)力裂縫的原因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)），模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等。

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束，氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)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(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工極為重要。

根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個階段：

1、早期

自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個階段的兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上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)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)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)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。

根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：

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。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。

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兩個方面著手。控制溫度的措施如下：

1、 采用改善骨料級配，用干硬性混凝士，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加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)水管通人冷水降溫；

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。

改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養(yǎng)護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)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(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。

加筋對大體積混凝土的溫度應(yīng)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(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7-15倍，當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力達到抗拉強度而開裂時，鋼筋的應(yīng)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(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細(xì)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(jié)構(gòu)的表面常常會發(fā)生細(xì)而淺的裂縫，其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對結(jié)構(gòu)的強度和耐久性仍有一定的影響。

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。因此說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)該盡量設(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。 2100433B

《混凝土溫度:應(yīng)力檢測原理與裝備》是國內(nèi)第一本關(guān)于約束條件下混凝土溫度-應(yīng)力檢測原理與裝備的專著。 全書共分7章，詳細(xì)介紹約束條件下混凝土溫度-應(yīng)力檢測的理論、關(guān)鍵技術(shù)和裝備研制及其工程應(yīng)用。系統(tǒng)分析了混凝土抗裂性能評價及混凝土溫度-應(yīng)力檢測原理，提出并解決了約束條件下混凝土溫度-應(yīng)力檢測的主要關(guān)鍵技術(shù)：無接觸激光位移測量技術(shù)，提高了測量精度；自然環(huán)境模擬技術(shù)，設(shè)計一種新型的分流式內(nèi)加濕型環(huán)境箱，可實現(xiàn)高精度的溫度、濕度和風(fēng)速調(diào)節(jié)；拉/壓力傳感器的量程切換技術(shù)，解決測量精度與量程擴展的矛盾，保證了混凝土不同凝結(jié)階段應(yīng)力的精確測量。應(yīng)用這些關(guān)鍵技術(shù)，研制了新型約束可調(diào)式 單軸溫度-應(yīng)力開裂試驗機，可滿足混凝土基準(zhǔn)試驗、大體積混凝土溫度控制、等溫控制試驗、約束度變化試驗、環(huán)境條件模擬試驗、裂縫觀測等六大功能要求，整體水平達到國外同類裝置的水平，且性價比高。以實際工程混凝土溫度-應(yīng)力的影響分析為例，介紹了新型約束可調(diào)式單軸溫度-應(yīng)力開裂試驗機的應(yīng)用。

《混凝土溫度:應(yīng)力檢測原理與裝備》可供材料科學(xué)與工程、控制科學(xué)與工程和檢測技術(shù)領(lǐng)域的高等院校、科研院所以及工程建設(shè)單位的教學(xué)、科研、工程技術(shù)人員和研究生參考。

混凝土溫度應(yīng)力應(yīng)變測試。 2100433B

溫度應(yīng)力測試系統(tǒng)

產(chǎn)品型號：TST

產(chǎn)地：瑞士

應(yīng)用：用于測量混凝土及其他建材在初期的溫度應(yīng)力，超大的測試空間，最大混凝土試樣橫斷面尺寸可以達到150 x 150 mm，最大長度可以達到1500mm

產(chǎn)品概述：

用于測量混凝土及其他建材在初期的溫度應(yīng)力，超大的測試空間，最大混凝土試樣橫斷面尺寸可以達到150 x 150 mm，最大長度可以達到1500mm對于應(yīng)變或者是變形的測量現(xiàn)在采用了最新的測量系統(tǒng)或者是使用纖維帶或者是LVDT位移傳感器的方式。這些最新的測量方法有：a）振弦應(yīng)變計；或者b）光柵傳感器 (FBG)

振弦式應(yīng)變計方法已經(jīng)在T.U. Braunschweig大學(xué)的系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用。應(yīng)力的測量采用荷重傳感器來進行。T.U. Braunschweig大學(xué)還采用了一個在室溫中的參考試樣作為試驗結(jié)果的修正，進行加載和卸載測試。

系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：1、水平式（臥式）電子伺服萬能測試加載架型號： PMH-EM-DZ-400/100 包括完整的夾具系統(tǒng)用于150 x 150 x 1500 mm的試樣的測試。主要技術(shù)規(guī)格為：2、試樣測試空間150 x 150 x 1500 mm包括冷卻/加熱控制器，試樣的長度變形測量采用纖維帶以及LVDT位移傳感器來進行。包括6個溫度傳感器。3、PCS-200 T2數(shù)字式控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)閉環(huán)回路控制，包括12個附加的溫度測量通道，個人電腦、打印機、UPS供電系統(tǒng)等?！癉ION-PRO”萬能測試軟件可以很容易地對試驗測試、數(shù)據(jù)采集和計算進行編程，可以打印測試結(jié)果并連續(xù)地儲存完整的測試結(jié)果。

技術(shù)參數(shù)：最大壓力： 400 kN最大拉力：200 kN行程：100 mm測試速度：0 到 20 mm/min凈重：大約 2250 kg電源供應(yīng)：400 V/AC/50Hz/16安培量程：0.2-2000kN精度等級：ISO 7500-1標(biāo)準(zhǔn)0.5級閉環(huán)回路控制方式：可以采用力、位移、應(yīng)變或者外部控制方式

溫度應(yīng)力測試系統(tǒng)產(chǎn)品型號：TST

產(chǎn)地：瑞士

應(yīng)用：用于測量混凝土及其他建材在初期的溫度應(yīng)力，超大的測試空間，最大混凝土試樣橫斷面尺寸可以達到150 x 150 mm，最大長度可以達到1500mm

產(chǎn)品概述：

用于測量混凝土及其他建材在初期的溫度應(yīng)力，超大的測試空間，最大混凝土試樣橫斷面尺寸可以達到150 x 150 mm，最大長度可以達到1500mm對于應(yīng)變或者是變形的測量現(xiàn)在采用了最新的測量系統(tǒng)或者是使用纖維帶或者是LVDT位移傳感器的方式。這些最新的測量方法有：a）振弦應(yīng)變計；或者b）光柵傳感器 (FBG)

振弦式應(yīng)變計方法已經(jīng)在T.U. Braunschweig大學(xué)的系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用。應(yīng)力的測量采用荷重傳感器來進行。T.U. Braunschweig大學(xué)還采用了一個在室溫中的參考試樣作為試驗結(jié)果的修正，進行加載和卸載測試。

系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：1、水平式（臥式）電子伺服萬能測試加載架型號： PMH-EM-DZ-400/100 包括完整的夾具系統(tǒng)用于150 x 150 x 1500 mm的試樣的測試。主要技術(shù)規(guī)格為：2、試樣測試空間150 x 150 x 1500 mm包括冷卻/加熱控制器，試樣的長度變形測量采用纖維帶以及LVDT位移傳感器來進行。包括6個溫度傳感器。3、PCS-200 T2數(shù)字式控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)閉環(huán)回路控制，包括12個附加的溫度測量通道，個人電腦、打印機、UPS供電系統(tǒng)等?！癉ION-PRO”萬能測試軟件可以很容易地對試驗測試、數(shù)據(jù)采集和計算進行編程，可以打印測試結(jié)果并連續(xù)地儲存完整的測試結(jié)果。

技術(shù)參數(shù)：最大壓力： 400 kN最大拉力：200 kN行程：100 mm測試速度：0 到 20 mm/min凈重：大約 2250 kg電源供應(yīng)：400 V/AC/50Hz/16安培量程：0.2-2000kN精度等級：ISO 7500-1標(biāo)準(zhǔn)0.5級閉環(huán)回路控制方式：可以采用力、位移、應(yīng)變或者外部控制方式2100433B