砼收缩与温度应力对结构的影响及采取的措施
发布时间：
2018-04-11
砼收缩与温度应力对结构的影响及采取的措施
混凝土在凝结硬化过程中会产生收缩变形，温度的变化会引起材料的热胀冷缩，当这两种变形受到约束时，就会在结构中产生收缩应力、温度应力。如不适当释放这些应力将会对混凝土结构“薄弱”部位造成不同程度的破坏。因此，在施工过程中必须对此高度重视。
1 收缩应力与温度应力
1.1收缩应力与温度应力的形成
收缩应力：混凝土是由水泥浆将砂、石粘接起来而组成的复合材料。在硬结过程中，当水泥浆失去毛细孔里静水张力所保持的水分时，就会导致混凝土的收缩变形。混凝土在收缩过程中受到约束时，就会产生收缩应力。
温度应力：温度的变化会引起材料的热胀冷缩，当约束条件下温度变形引起的应力称为温度应力。当温度应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土结构就会产生温度裂缝。温度变化值的大小称为温差。造成温度变形的温差有:季节性温差、内外温差、日照温差。
1.2收缩应力与温度应力对结构的影响
收缩应力与温度应力对结构的影响主要表现在两个方向，即长度方向和高度方向。
长度方面:当混凝土结构的长度越长，楼板等纵向连续构件由收缩和温度变化引起的变形就越大。如果这些纵向构件的变形受到竖向构件的约束，在纵向构件中会产生拉应力或压应力，而在竖向构件中也会相应地受到水平推力和拉力，严重时就会在构件中出现裂缝。在多层及高层建筑中，收缩和温度应力的危害，在顶层和底层比较明显。在顶层，由于建筑的屋顶层直接与大气环境接触，相对于其下各层，顶层温度变化剧烈，故可以认为顶层相对受到其下层楼盖的约束，故顶层纵墙端部、屋面板等部位最容易出现裂缝。而中间各楼层情况基本相同，相互间基本没有约束，温度应力影响也较小。而房屋的底层因基础埋在地下，其收缩和温度变形会受到刚度很大的基础的约束作用。所以在房屋一层的窗下墙体也容易出现裂缝。
高度方向:在房屋的高度方向，温差也会产生影响。高层建筑中随着层数增加，温度变化不断累积，在顶层达到最大值。对于20层以上的建筑，这种影响可能是很明显的。如果梁的刚度较小，这个位移差受到抑制的程度就很小，因而温度应力也不大。但这种变形差会使顶部数层边跨隔断墙出现明显变形和裂缝。相反的情况，如果梁的刚度较大，内、外柱的位移差就会受到很大程度的抑制，受温度冷缩的柱子受到拉力，受温度热胀的柱子受到压力，梁则受到弯曲和剪切应力。在阳光照射下，会使向阳面各柱子伸长。如果边柱部分暴露在外，室内外温差还会引起柱子弯曲变形。
2构造措施
为了减弱和消除收缩应力与温度应力对结构的危害，在结构设计时采取一些必要的构造措施。
2.1 设置伸缩缝:《混凝土结构设计规范》规定当建筑长度超过规定限制后，就应当设置伸缩缝。伸缩缝两侧的结构分别设置墙或柱，将结构断开，把结构分成独立的温度区段，满足结构的自由伸缩长度要求。伸缩缝不同于沉降缝，它是要求将建筑物的墙体、楼层、屋顶等地面以上构件全部断开，基础因受温度变化影响较小，不必断开。它的设置间距(即建筑物的容许长度)是根据结构所用的材料、结构类型、施工方式、建筑所处的地理位置和环境密切相关。它的缝隙宽度一般为20～30mm。而沉降缝是为了避免由于地基的不均匀沉降，结构内将产生附加的应力，使建筑物某些薄弱部位发生竖向错动开裂而设置的缝隙。它要求从基础到屋顶所有构件均须设缝分开，使沉降缝两侧建筑物成为独立的单元，各单元在竖向能自由沉降，不受约束。沉降缝的宽度与地基的性质和建筑物的高度有关。伸缩缝根据其设置的部位可分为：墙体伸缩缝、楼地面伸缩缝和屋顶伸缩缝。
①墙体伸缩缝：根据墙的厚度，伸缩缝可做成平缝、错口缝和企口缝等形式。为避免外界自然因素对室内的影响，外墙外侧缝口应填塞或覆盖具有防水、保温和防腐性能的弹性材料，如沥青麻丝、泡沫塑料条、橡胶条、油膏等。当伸缩缝和沉降缝一道设置缝口较宽时，还应用镀锌铁皮、铅皮等金属调节片覆盖。若墙面做抹灰处理，为防止抹灰脱落，可在金属片上加钉钢丝网后再抹灰。填缝或盖缝材料和构造应保证结构在水平方向的自由伸缩。外墙内侧及内墙缝口通常我们采用具有一定装饰效果的木质缝条或金属片遮盖，木条固定在缝口的一侧。
②楼地面伸缩缝：楼地面伸缩缝的位置与缝隙的宽度应与墙体伸缩缝一致。伸缩缝内也常以具有弹性的油膏、沥青麻丝、金属或塑料调节片等材料做填缝或盖缝处理，上面再铺上与地面材料相同的活动盖板、铁板或橡胶条等以防灰尘下落。特别注意卫生间等有水房间中的伸缩缝一定要做好防水处理。
③屋顶伸缩缝：屋顶伸缩缝的位置与缝宽应与墙体、楼地面的伸缩缝一致。屋顶伸缩缝一般设于建筑物的高低错落处，也见于两侧屋面处于同一标高处。缝内用沥青麻丝、金属调节片等材料填缝和盖缝。不上人屋面通常在伸缩缝一侧或两侧加砌矮墙，并按屋面泛水构造要求将防水材料沿矮墙上卷，顶部缝隙用镀锌贴片、铅片、混凝土板或瓦片等覆盖，并允许两侧结构自由伸缩而不致于渗漏。寒冷地区还应在缝隙填以岩棉、泡沫塑料或沥青麻丝等具有一定弹性的保温材料。上人屋面因使用要求，一般不设矮墙，我们在施工中更应切实做好防水工作，避免雨水渗漏。 另外屋面刚性防水的分仓缝亦称分格缝也是伸缩缝的一种。分仓缝应设在结构变形的敏感部位，分格大小应控制在屋面受温度影响产生变形的许可范围内。它的服务面积一般在15～25㎡左右，间距控制在3～5m。
2.2设置后浇带:
通常每隔30～40 m设置一道后浇带，宽度约800～1 000 mm。后浇带是在建筑施工中为防止现浇钢筋混凝土结构由于温度、收缩、沉降不均可能产生的有害裂缝，按照设计或施工规范要求，在基础底板、墙、梁相应位置留设临时施工缝，将结构暂时划分为若干部分，经过构件内部收缩，在若干时间后再浇捣该施工缝混凝土，将结构连成整体。后浇带的浇筑时间宜选择气温较低(但应为正温度)时，其强度等级应比构件强度高一级，防止新老混凝土之间出现裂缝，造成薄弱部位。根据后浇带的部位和抵消应力的不同，后浇带常分类如下：
①为解决高层建筑主楼与裙房的沉降差而设置的后浇施工带称为沉降后浇带。
②为防止混凝土凝结构收缩开裂而设置的后浇施工带称为收缩后浇带。
③为防止混凝土因温度变化拉裂而设置的后浇施工带称为温度后浇带。
2.3采用专门的预加应力措施：
通过施加预应力，在混凝土中产生预压应力，抵消混凝土在收缩时产生的拉应力，使混凝土延迟开裂甚至不开裂。
2.4使用混凝土添加剂:
在混凝土添加适量的UEA膨胀剂。UEA是一种低碱膨胀剂，加入到普通混凝土中，拌水后和水泥组份共同作用，生成大量膨胀结晶水化物一水化硫铝酸钙，使混凝土产生适度膨胀。在约束条件下，它通过水泥石与钢筋的粘结，使钢筋张拉，被张拉的钢筋对混凝土本身产生压缩应力，可大致抵消由于混凝土硬化过程中产生的收缩拉应力。从而防止或减少混凝土的收缩开裂，提高混凝土抗裂能力。
2.5开工前的控制：
一般由于荷载或结构因素造成的裂缝并不多见，且这类裂缝多为贯穿性的，一旦产生则难以补救，危害较大。常见的构造裂缝通常是由于设计上欠考虑，未在薄弱部位设置温度配筋或构造配筋，当遇到较大的温度变形或干缩变形时易产生裂缝。因此，预防构造裂缝的关键在于开工前，施工技术人员应根椐工程实践经验认真审核图纸设计的完善性，发现有缺陷时及时向设计人员提出修改或补充建议，并在今后的实体施工中重点予以关注，避免留下质量隐患。
3几种有效措施
适当调整梁的刚度和连接节点的刚度，使温度应力和变形控制在允许范围内。适当降低梁的刚度，允许有足够的温度变形。采用保温隔热材料控制外柱和外墙、屋面板的温度。在受温度变化影响变化较大部位，配制通长构造钢筋，或加强配筋，提高混凝土的抗裂能力。
由于混凝土的材料的特性，决定了混凝土建筑物容易出现裂缝。在设计及施工中要充分考虑此类问题，重视收缩应力及温度应力对混凝土结构的不利影响，采取有效的措施进行控制，减轻、避免问题的发生，保证建筑物的结构安全性。 (陈卫荣)
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