温度应力对混凝土裂缝的影响-论文

1 / 7 温度应力对混凝土裂缝的影响（韩卓明） 摘要：以潮白河防洪闸挡墙裂缝为例，对混凝土挡墙裂缝的形成进行分析，对挡墙混凝土温度应力、收缩应力进行计算分析，并提出相应的措施。 关键词：温度应力 混凝土裂缝 1 工程基本情况 潮白河防洪闸共 6孔 , 为开敞式钢筋混凝土结构 , 单孔净宽 6m, 中墩 5 个 , 挡墙 25 个 , 出现裂缝的是最先浇筑的6 块挡墙。 25个挡墙长度分别为 6.5-18.0m,高度 6.2-8.2m,挡墙断面为梯形 , 迎水面为直墙 , 背水面为斜墙 , 上口宽为 50cm,下口宽为 200cm。挡墙内外设有双向 钢筋 , 直径18-20mm,保护层厚度 45mm。挡墙混凝土配合比为 C23F150W4,采用水泥为 32.5 普通硅酸盐水泥 , 水泥用量 344kg,水灰比0.48,砂率 37.5%,骨料为 5-25mm。浇筑工艺采用泵送混凝土 , 混 凝土坍落度控制在 14-16cm, 在混凝土浇筑后 7-10d,25个挡墙中 6个都出现 2-3条裂缝 , 裂缝较垂直且无分叉 , 一般在挡墙中部向上伸展 , 下部开展到距底板 10-50cm,裂缝在浇筑块的 1/3-1/2 处。 裂缝产生的原因 该工程挡墙断面最宽处 200cm, 最窄处 50cm, 平均厚125cm, 水化热引起的混凝土内外温差已经超 25 , 为双面散热 , 应按大体积混凝土施工。大体积混凝土施工中产生的2 / 7 温度裂缝 , 是其内部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变。另一方面是结构的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变 , 一但温度应力超过混凝土能承受极限抗拉强度 , 就会产生不同程度的裂缝。对该工程来说主要原因为以下 3 点： 塑性塌落引起的裂缝； 温度变化引起的裂缝； 混凝土收缩引起的裂缝。本文就温度应力对潮白河防洪 闸挡墙裂缝的影响进行分析。 只考虑底板约束时挡墙混凝土温度应力的 计算 .1 水平方向主要应力 的计算 挡墙作用在底板上 , 可视作一个长墙结构 , 受刚性基础约束 , 沿水平方向主要应力 , 按下式计算： =-ET(1 -ch /cb L/2), 边墙截面中点 x=0,ch =1, 此时剪应力为 0,上式即为： =-ET(1 -1/cb L/2) (1) 式中： E 混 凝 土 静 弹 性 模 量 /(N/mm2),C25 的E=2.810N/mm2 ； 混凝土线性膨胀系数 , 取 1.010 -5； T 综合温差 , 包括水泥水化温差、气温差和收缩当量温差； L 墙水平长度 /mm； ch 双曲余弦函数 , =Cx/(EH)1/2, 这里 Cx 为3 / 7 基础水平阻力系数 ,E为静弹性模量 ,H为结构高度 ,基础为钢筋混凝土时 , C=1.0-1.5N/mm3。 .综合温差 T 的计算 这里的综合温差包括水泥水化温差 T1,气温温差 T2,收缩当量温差 Tr。 .2.1 水泥水化温差 T1 水泥水化温差按下式计算： T1=T浇 +Th -T气 (2) 式中： T浇 浇筑混凝土温度 / ； T 气 浇筑混凝土平均温度 / ； Th 混凝土最终绝热温升 /,Th=Q/C ； 这里为混凝土中水泥用量 /(kg/m3)； Q 水泥水化热量 (kJ/kg), 本式取 Q=377kJ/kg； C 混凝土比热 /(kJ/(kgK), 本式取 0.97kJ/(kgK) ； 混凝土的容重 /(kg/m3),本式取 2400kg/m3； 不同浇筑的厚度温降系数 , 东墙为双面散热取0.193。 .2.气温温差 T2 气温温差按下式计算： T2=T气 +T稳 式中： T气 混凝土浇筑时的平均气温 / 4 / 7 T 稳 计算龄期月的平均气温 / 。 .2.收缩当温差 Tr 收缩当量温差可由下式计算： Tr=-(r)+(o)/ 混凝 土收缩变形引起的应力可以代入公式 (1)计算 ,也可综合后计算。 式中 , (r) 为任意时间混凝土收缩变形 , 其计算公式为： (r)=3.2410 -4(1-e-0.011)M1M2Mn 其中 ,r 为计算龄期 /d； M 为材质 ,工艺有关非标准条件下的影响系数 , 计算时只考虑水泥细度和水灰比影响。M2=1.35, M4=1.25,其余 M=1.0。 (0)=410 -5。 .2.综合温差计算值 具体数据见表 1。 .混凝土抗拉强度的估算 统计挡墙多组试件抗压强度 f28=251.1=27.5Mpa, 则10d龄期的抗拉强 度约为 fa(10)=0.044f28=1.21Mpa, 挡墙受底板约束其内部水平应力呈双曲函数分布。从表格计算分析 6 块边墙时的天龄期 max 。都接近 1.21Mpa,这就说明结构处于易开裂状态。 温度变形分析 混凝土温度变形的大小 , 取决于温度变化 (即温差 T)5 / 7 和混凝土线性膨胀系数 。在约束条件下 , 温差 T 引起的温度变形是 T 与线性膨胀系数 的乘积 T, 当T 超过混凝土的极限拉伸值时 , 即出现裂缝 , 可表示为 T/K p, K 始终为常数 , 取决于约束条件 ,徐变和塑性变形等；移项得 : T Kp / 其物理意义是在完全约束及没有徐变和塑性变形时 (即k=1)混凝土所能抵抗裂缝的温差 , 一般 =1.010 -5,一般情 况 下 p=5010 -8 10010 -8 之间 ,p/ 即为5 10, 当温差大于 10 时结构就可能开裂。建筑工程混凝土不可能受到完全约束 , 也不可能没有徐变和塑性变形 , 即 K1 时结构也可能不裂 , 也只能说温差越大开裂可能性越大。该工程属大体积混凝土 , 施工期间正值夏季 , 混凝土的内部温度是由浇筑温度、水化热的绝热温升和混凝土的散热温度等各种温度叠加之和 , 浇筑气温和外界气温有直接关系 , 外界气温越高 , 混凝土的浇筑温度越高 , 如果外界气温下降 , 会增加混凝土的温度梯度 , 如果骤然下降 , 会大幅加大温差 , 造成大的温度应力 , 会使混凝土出现裂缝。该工程挡墙施工中外界气温最高达 33 , 浇筑气温更高 , 内部温度经过测量有时高达 80.5 , 而且持续时间长。因为工期紧张 , 脱模时间过早 , 内外温差骤升 , 应力增加 , 造成结构开裂。 6 / 7 相应的措施 在以后的十几块墩墙施工中为避免裂缝的产生 , 采取了以下主要措施： (1)控制坍落度在 13-15cm,控制水灰比 , 控制水化热。 (2)降低骨料 温度 , 控制开盘时间。骨料夏季可以洒水降温 , 但拌和用水要减量。开盘时间要选择在夜间进行 ,温度较低。这样就可以降低浇筑温度 5-10 。 (3)缩短工序间隔时间。就是在底板浇筑后最短时间内进行墙体浇筑 , 以减少因底板约束引起的应力变形 , 尽量做到同步收缩。 (4)调整保护层厚度：从 4.5cm到 3cm以内更大发挥温度筋作用 , 减少发生裂缝的可能性。 (5)加密下料口 , 加强振捣。下料流槽口由原来的 3m减小到 2m, 保证了下仓混凝土骨料均匀分布 , 消除应力薄弱断面 , 同时加强振捣 , 在不过振又不初凝的情况下 , 进