桥梁混凝土的裂缝和施工温度

桥梁混凝土的裂缝和施工温度

近年来我国交通基础设施建设驶入快速轨道，全国各地大面积的兴 建高等级公路与桥梁。在桥梁建造和使 用过程中，因出现裂缝而影响桥梁工程 质量甚至桥梁垮塌，造成国家和人民生 命财产受损也时有发生。可以说混凝土 裂缝在桥梁工程中深深困扰桥梁工程技 术人员。为了进一步加强对混凝土桥梁 裂缝的认识，尽量避免工程中裂缝的出 现。究其原因，我们对混凝土温度应力 的变化重视不够是其中主要原因之一。

 裂缝的成因

 混凝土结构裂缝的成因复杂而繁 多，甚至多种因素相互影响。主要是温 度和湿度的变化，混凝土原材料不合 格，施工工艺质量低劣，外部荷载，冻 胀，基础不均匀沉降等。混凝土具有热 胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温 度发生变化，混凝土将发生变形，若变 形遭到约束，则在结构内产生应力，当 应力超过混凝土抗拉强度时，即产生温 度裂缝。混凝土硬化期间水泥放出大量 水化热，内部温度不断上升。在表面引 起拉应力。后期在降温过程中，又在混 凝土内部出现拉应力，气温的降低也会 在混凝土表面引起很大的拉应力。当这 些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即 会出现裂缝。混凝土是一种脆性材料， 由于原材料不均匀，水灰比不稳定及运 输和浇筑过程中的离析现象，在同一混 凝土构件中抗拉强度是不均匀的，存在 很多抗拉能力很低、易于出现裂缝的薄 弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要 是由钢筋承担，混凝土只是承受压应 力。在素混凝土内或钢筋混凝土边缘部 位如果结构内出现拉应力，则必须依靠 混凝土承担。一般设计中均要求不出现 拉应力或者只出现很小的拉应力。但是 施工中混凝土由最高温度冷却至运转时 期的稳定温度，往往在混凝土内部引起 相当大的拉应力。有时温度应力可超过 其他外荷载所引起的应力，因此掌握温 度应力的变化规律对施工极为重要。

 温度应力 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，这个阶段有两 个特征，一是水泥放出大量的水化热； 二是混凝土弹性模量的急剧变化，这一 时期在混凝土内形成残余应力。

（2） 中期。自水泥放热基本结束时起至混凝 土冷却到稳定温度时止，这个时期，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，这些应力与早期应力 相叠加，在此期间混凝土的弹性模量变 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 残余应力相叠加。 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干缩所引起的应力 共同作用。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 模型实验或数值计算。混凝土的徐变， 使温度应力有相当大的松弛，计算温度 应力时，必须考虑徐变的影响，具体计 算这里不再细述。 温度的控制 改善骨料级配，采用干硬性混凝 土、添加掺配材料，加引气剂或塑化剂等 措施以减少混凝土中的水泥用量；拌和混 凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇 筑温度；热天浇筑混凝土时减少浇筑厚 度，利用浇筑层面散热；在混凝土中埋设 水管，通入冷水降温；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变化；施工中长期 暴露的混凝土浇筑体表面或薄壁结构，在 寒冷季节采用保温措施。 合理地分缝分块；避免基础过大 起伏；合理地安排施工工序，避免过大 的高差和侧面长期暴露。另外，改善混 凝土的性能，提高抗裂能力。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 其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。新浇筑混凝土早期拆模， 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，在表面附加拉应力，与水化热应力 叠加，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，如塑料薄膜，对于防 止混凝土表面产生过大的拉应力，具有 显著的效果。加筋对大体积混凝土的温 度应力影响很小，因为大体积混凝土的 含筋率低，在温度不太高及应力低于屈 服极限的条件下，钢的各项性能是稳定 的，而与应力状态、时间及温度无关。 钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很 小，在温度变化时两者间只发生很小的 内应力，由于钢的弹性模量为混凝土弹 性模量的7～15倍，当内混凝土应力达 到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不 超过100～200kg/cm2。因此，在混凝土 中想利用钢筋来防止细小裂缝的出现很 困难，如果钢筋的直径细而间距密时， 对提高混凝土抗裂性的效果较好。 防止施工工艺质量低劣引发的裂 缝在混凝土结构浇筑、构件制作、起 模、运输、拼装及吊装过程中，若施工 工艺不合理，施工质量低劣，容易产生 各种裂缝，裂缝的宽度因产生的原因而 异。比较常见的有

（1）混凝土震捣过 快，混凝土流动性较低，在硬化前因混 凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易 浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂 缝。

（2）混凝土搅拌运输时间过长， 使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过 低，使得混凝土出现不规则的收缩裂 缝。（3）混凝土保护层过厚或上层钢 筋被踩压变位，使承受负弯矩的受力钢 筋保护层加厚，导致构件的有效高度减 少，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。 

（4）用泵送混凝土施工时，为了保证 混凝土的流动性，增加水和水泥用量， 或因其他原因加大了水灰比，导致混凝 土结硬化时收缩量的增加，使得混凝土 出现不规则裂缝。

（5）混凝土分层或 分段浇筑时，接头部位处理不当，易在 新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。

 （6）施工模板刚度不足，在浇筑混凝 土时，由于侧向压力的作用，使得模板 变形，产生与模板变形一致的裂缝。 （7）施工时拆模过早，混凝土强度不 足，使构件在自重或施工荷载作用下， 产生裂缝。

（8）施工前对支架压实不 足，或支架刚度不足，浇筑混凝土后支 架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。 以上问题在施工中应加以注意，可以避 免裂缝的发生。

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