混凝土桥梁温度裂缝特点及其控制措施

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1、混凝土桥梁温度裂缝特点及其控制措施　　摘要：随着建筑业的迅猛发展，中国兴建了很多道路、桥梁等基础工程，许多设计上认为完善的桥梁却出现了严重的裂缝，通过国内外许多学者的研究，发现很多裂缝由温度应力引起的。本文阐述了温度对混凝土桥梁的作用及其特点，温度对桥梁的影响作用比较常见的有水化热、日照温差、骤然降温、年温差等。本文简要介绍了这些影响因素的作用机理和一些常见的控制措施。　　关键词：混凝土；温度裂缝；温度应力；水化热；日照温差；骤然降温；年温差　　1.概述　　随着交通事业的飞速发展，桥梁作为交通枢纽，发挥着越来越重要的作用，近几十年来，我国兴建了

2、很多各种类型的公路桥梁、铁路桥梁、铁路公路两用桥梁、城市桥梁及立交桥等。但是这些桥梁，尤其是钢筋混凝土桥梁，在使用过程中出现了许多缺陷和问题，桥梁裂缝就是其中主要问题之一。桥梁裂缝使得许多桥梁在未达到使用年限前就出现耐久性严重退化的现象，甚至造成桥梁的坍塌。　　桥梁在建设之初，由于混凝土浇筑产生大量的水化热，引起混凝土结构内外温差，产生混凝土早期裂缝，此外混凝土表面水分散失也会产生早期干燥收缩裂缝。桥梁结构至建设时处于自然环境之中，受到自然环境的影响，如阳光辐射、环境气温变化等，使得箱梁各个部位产生非均匀温度场，非均匀温度场引起的变形受到内部纤

3、维和外部约束时产生很大的温度应力，当应力大于此龄期的极限抗拉强度时就会产生裂缝。因此，本文主要从混凝土温度应力变化过程、水化热、日照温差、骤然降温和年温差方面分析温度应力产生裂缝的原因。　　2.混凝土温度应力变化过程　　混凝土结构产生裂缝的原因主要有两类：荷载作用下的裂缝（结构裂缝）和变形作用下的裂缝（非结构裂缝），其中，由于结构受温度、收缩、不均匀沉降等变形作用下的裂缝占80%以上[1]。可见温度裂缝所占裂缝比例是很大的。温度裂缝的主要原因是混凝土温度和湿度的变化加上混凝土自身的脆性和不均匀性造成的。混凝土箱梁在水化热和日照辐射的作用下，箱梁

4、内部产生非均匀的温度场，非均匀温度场引起的变形受到内部纤维的外部约束产生温度应力，当温度应力大于此龄期的极限抗拉强度时，出现温度裂缝。混凝土内部温度和温度应力变化全过程可分为三个阶段[2][3]。第一阶段，混凝土内部升温，产生温度压应力，弹性模量也开始发展，在这个阶段，弹性模量较小，徐变较大，对温度应力有较大的松弛；第二阶段，混凝土内部降温，早期温度拉应力产生，此阶段水化速率减缓，混凝土表面向外界放热，温度开始下降，而弹性模量仍在增加，因此开始产生温度拉应力。第三阶段，混凝土内部温度动态平衡，进入后期温度应力阶段，此阶段水化反应完成，混凝土强度

5、发展到一定程度，混凝土内部温度场趋于平衡，此时外界环境温度变化、日照温度等因素影响越来越明显。温度应力主要有外界温度变化和日照温度引起。此阶段应力与前期应力叠加，称之为后期温度应力。　　3.水化热温度裂缝和收缩裂缝的成因及防治　　3.1水化热温度裂缝和收缩裂缝的成因分析　　混凝土内部水泥的水化过程在浇筑后前七天就基本完成。在此期间由于水泥的水化效应，内部温度不断上升，随后逐渐下降，这是一个先升温后降温的过程。　　在升温阶段，混凝土强度和弹性模量均较低，产生的温度应力也很小，此时混凝土的塑性变形能力大，徐变较大，对温度应力有较大的松弛，因此，此时

6、的温差不会对混凝土造成很大的伤害。在降温阶段，混凝土内部水化放热和热传导不一致，造成相邻混凝土层有一定的温度梯度，此时混凝土表面向外界放热会扩大内外温差。混凝土相邻层纤维相互约束使得混凝土产生温度自应力，受到外界的约束与温度自应力叠加加大混凝土内部和表面应力，当混凝土表面的应力大于同龄期混凝土的极限抗拉强度时表面出现裂缝。　　普通水泥在硬化过程中会有一定的收缩，与外界湿度无关。在硬化过程中，多余水分蒸发，水泥浆收缩，混凝土表层水分蒸发损失快，内部慢，因此产生混凝土表面收缩大于内部收缩的不均匀收缩，混凝土表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使混凝

7、土表面承受拉力，这种硬化过程收缩在水化热应力共同作用下加剧表面裂缝的产生。　　在混凝土降温过程中，表面裂缝的尖端会产生较大的应力集中，之后受到日照温度、骤然降温的温度作用和汽车荷载等活载的作用，裂缝向纵深发展，有些会发展为纵深裂缝。　　3.2水化热温度裂缝控制机理和措施　　3.2.1水化热温度裂缝控制机理　　混凝土温度裂缝是由于在降温期间截面内邻近层自我约束和受到体外的各种约束产生的应力造成的裂缝。　　因此，影响温度应力的主要变化因素：约束、弹性模量、徐变、温度差，由（2）-（5）可以看出，弹性模量逐渐增大，徐变逐渐减小，温度差值先增大至最大值

8、，后减小，则水化热温度裂缝控制主要应控制上面的这些变化因素。　　3.2.2水化热温度裂缝控制　　混凝土水化热温度裂缝控制主要从改善约束条件，控制温差，