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2.温度应力的分析
根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段:
(1)早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天 。这个阶段的两个特征,一是水泥放出大量的水化热,二是混凝上弹性模量的急剧变化 。由于弹性模量的变化,这一时期在混凝土内形成残余应力 。
(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,这些应力与早期形成的残余应力相叠加,在此期间混凝上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,这些应力与前两种的残余应力相迭加 。根据温度应力引起的原因可分为两类:
(1)自生应力:边界上没有任何约束或完全静止的结构,如果内部温度是非线性分布的,由于结构本身互相约束而出现的温度应力 。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 。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用 。
要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作 。在大多数情况下,需要依靠模型试验或数值计算 。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰,计算温度应力时,必须考虑徐变的影响,具体计算这里就不再细述 。
3 温度的控制和防止裂缝的措施
为了防止裂缝,减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手 。
控制温度的措施如下:
(1)采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等,措施以减少混凝土中的水泥用量;
(2)拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;
(3)热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;
(4)在混凝土中埋设水管,通入冷水降温;
(5)规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;
(6)施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施;
改善约束条件的措施是:
(1)合理地分缝分块;
(2)避免基础过大起伏;
(3)合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露;
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要,应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主 。在混凝土的施工中,为了提高模板的周转率,往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模 。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间,以免引起混凝土表面的早期裂缝 。新浇筑早期拆模,在表面引起很大的拉应力,出现“温度冲击”现象 。在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温为高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力迭加,再加上混凝土干缩,表面的拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险,但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料,如泡沫海棉等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著的效果 。