砼收縮與溫度應力對結構的影響及采取的措施
發布時間：
2018-04-11
砼收縮與溫度應力對結構的影響及采取的措施
混凝土在凝結硬化過程中會產生收縮變形，溫度的變化會引起材料的熱脹冷縮，當這兩種變形受到約束時，就會在結構中產生收縮應力、溫度應力。如不適當釋放這些應力將會對混凝土結構“薄弱”部位造成不同程度的破壞。因此，在施工過程中必須對此高度重視。
1 收縮應力與溫度應力
1.1收縮應力與溫度應力的形成
收縮應力：混凝土是由水泥漿將砂、石粘接起來而組成的復合材料。在硬結過程中，當水泥漿失去毛細孔里靜水張力所保持的水分時，就會導致混凝土的收縮變形。混凝土在收縮過程中受到約束時，就會產生收縮應力。
溫度應力：溫度的變化會引起材料的熱脹冷縮，當約束條件下溫度變形引起的應力稱為溫度應力。當溫度應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土結構就會產生溫度裂縫。溫度變化值的大小稱為溫差。造成溫度變形的溫差有:季節性溫差、內外溫差、日照溫差。
1.2收縮應力與溫度應力對結構的影響
收縮應力與溫度應力對結構的影響主要表現在兩個方向，即長度方向和高度方向。
長度方面:當混凝土結構的長度越長，樓板等縱向連續構件由收縮和溫度變化引起的變形就越大。如果這些縱向構件的變形受到豎向構件的約束，在縱向構件中會產生拉應力或壓應力，而在豎向構件中也會相應地受到水平推力和拉力，嚴重時就會在構件中出現裂縫。在多層及高層建筑中，收縮和溫度應力的危害，在頂層和底層比較明顯。在頂層，由于建筑的屋頂層直接與大氣環境接觸，相對于其下各層，頂層溫度變化劇烈，故可以認為頂層相對受到其下層樓蓋的約束，故頂層縱墻端部、屋面板等部位最容易出現裂縫。而中間各樓層情況基本相同，相互間基本沒有約束，溫度應力影響也較小。而房屋的底層因基礎埋在地下，其收縮和溫度變形會受到剛度很大的基礎的約束作用。所以在房屋一層的窗下墻體也容易出現裂縫。
高度方向:在房屋的高度方向，溫差也會產生影響。高層建筑中隨著層數增加，溫度變化不斷累積，在頂層達到最大值。對于20層以上的建筑，這種影響可能是很明顯的。如果梁的剛度較小，這個位移差受到抑制的程度就很小，因而溫度應力也不大。但這種變形差會使頂部數層邊跨隔斷墻出現明顯變形和裂縫。相反的情況，如果梁的剛度較大，內、外柱的位移差就會受到很大程度的抑制，受溫度冷縮的柱子受到拉力，受溫度熱脹的柱子受到壓力，梁則受到彎曲和剪切應力。在陽光照射下，會使向陽面各柱子伸長。如果邊柱部分暴露在外，室內外溫差還會引起柱子彎曲變形。
2構造措施
為了減弱和消除收縮應力與溫度應力對結構的危害，在結構設計時采取一些必要的構造措施。
2.1 設置伸縮縫:《混凝土結構設計規范》規定當建筑長度超過規定限制后，就應當設置伸縮縫。伸縮縫兩側的結構分別設置墻或柱，將結構斷開，把結構分成獨立的溫度區段，滿足結構的自由伸縮長度要求。伸縮縫不同于沉降縫，它是要求將建筑物的墻體、樓層、屋頂等地面以上構件全部斷開，基礎因受溫度變化影響較小，不必斷開。它的設置間距(即建筑物的容許長度)是根據結構所用的材料、結構類型、施工方式、建筑所處的地理位置和環境密切相關。它的縫隙寬度一般為20～30mm。而沉降縫是為了避免由于地基的不均勻沉降，結構內將產生附加的應力，使建筑物某些薄弱部位發生豎向錯動開裂而設置的縫隙。它要求從基礎到屋頂所有構件均須設縫分開，使沉降縫兩側建筑物成為獨立的單元，各單元在豎向能自由沉降，不受約束。沉降縫的寬度與地基的性質和建筑物的高度有關。伸縮縫根據其設置的部位可分為：墻體伸縮縫、樓地面伸縮縫和屋頂伸縮縫。
①墻體伸縮縫：根據墻的厚度，伸縮縫可做成平縫、錯口縫和企口縫等形式。為避免外界自然因素對室內的影響，外墻外側縫口應填塞或覆蓋具有防水、保溫和防腐性能的彈性材料，如瀝青麻絲、泡沫塑料條、橡膠條、油膏等。當伸縮縫和沉降縫一道設置縫口較寬時，還應用鍍鋅鐵皮、鉛皮等金屬調節片覆蓋。若墻面做抹灰處理，為防止抹灰脫落，可在金屬片上加釘鋼絲網后再抹灰。填縫或蓋縫材料和構造應保證結構在水平方向的自由伸縮。外墻內側及內墻縫口通常我們采用具有一定裝飾效果的木質縫條或金屬片遮蓋，木條固定在縫口的一側。
②樓地面伸縮縫：樓地面伸縮縫的位置與縫隙的寬度應與墻體伸縮縫一致。伸縮縫內也常以具有彈性的油膏、瀝青麻絲、金屬或塑料調節片等材料做填縫或蓋縫處理，上面再鋪上與地面材料相同的活動蓋板、鐵板或橡膠條等以防灰塵下落。特別注意衛生間等有水房間中的伸縮縫一定要做好防水處理。
③屋頂伸縮縫：屋頂伸縮縫的位置與縫寬應與墻體、樓地面的伸縮縫一致。屋頂伸縮縫一般設于建筑物的高低錯落處，也見于兩側屋面處于同一標高處。縫內用瀝青麻絲、金屬調節片等材料填縫和蓋縫。不上人屋面通常在伸縮縫一側或兩側加砌矮墻，并按屋面泛水構造要求將防水材料沿矮墻上卷，頂部縫隙用鍍鋅貼片、鉛片、混凝土板或瓦片等覆蓋，并允許兩側結構自由伸縮而不致于滲漏。寒冷地區還應在縫隙填以巖棉、泡沫塑料或瀝青麻絲等具有一定彈性的保溫材料。上人屋面因使用要求，一般不設矮墻，我們在施工中更應切實做好防水工作，避免雨水滲漏。 另外屋面剛性防水的分倉縫亦稱分格縫也是伸縮縫的一種。分倉縫應設在結構變形的敏感部位，分格大小應控制在屋面受溫度影響產生變形的許可范圍內。它的服務面積一般在15～25㎡左右，間距控制在3～5m。
2.2設置后澆帶:
通常每隔30～40 m設置一道后澆帶，寬度約800～1 000 mm。后澆帶是在建筑施工中為防止現澆鋼筋混凝土結構由于溫度、收縮、沉降不均可能產生的有害裂縫，按照設計或施工規范要求，在基礎底板、墻、梁相應位置留設臨時施工縫，將結構暫時劃分為若干部分，經過構件內部收縮，在若干時間后再澆搗該施工縫混凝土，將結構連成整體。后澆帶的澆筑時間宜選擇氣溫較低(但應為正溫度)時，其強度等級應比構件強度高一級，防止新老混凝土之間出現裂縫，造成薄弱部位。根據后澆帶的部位和抵消應力的不同，后澆帶常分類如下：
①為解決高層建筑主樓與裙房的沉降差而設置的后澆施工帶稱為沉降后澆帶。
②為防止混凝土凝結構收縮開裂而設置的后澆施工帶稱為收縮后澆帶。
③為防止混凝土因溫度變化拉裂而設置的后澆施工帶稱為溫度后澆帶。
2.3采用專門的預加應力措施：
通過施加預應力，在混凝土中產生預壓應力，抵消混凝土在收縮時產生的拉應力，使混凝土延遲開裂甚至不開裂。
2.4使用混凝土添加劑:
在混凝土添加適量的UEA膨脹劑。UEA是一種低堿膨脹劑，加入到普通混凝土中，拌水后和水泥組份共同作用，生成大量膨脹結晶水化物一水化硫鋁酸鈣，使混凝土產生適度膨脹。在約束條件下，它通過水泥石與鋼筋的粘結，使鋼筋張拉，被張拉的鋼筋對混凝土本身產生壓縮應力，可大致抵消由于混凝土硬化過程中產生的收縮拉應力。從而防止或減少混凝土的收縮開裂，提高混凝土抗裂能力。
2.5開工前的控制：
一般由于荷載或結構因素造成的裂縫并不多見，且這類裂縫多為貫穿性的，一旦產生則難以補救，危害較大。常見的構造裂縫通常是由于設計上欠考慮，未在薄弱部位設置溫度配筋或構造配筋，當遇到較大的溫度變形或干縮變形時易產生裂縫。因此，預防構造裂縫的關鍵在于開工前，施工技術人員應根椐工程實踐經驗認真審核圖紙設計的完善性，發現有缺陷時及時向設計人員提出修改或補充建議，并在今后的實體施工中重點予以關注，避免留下質量隱患。
3幾種有效措施
適當調整梁的剛度和連接節點的剛度，使溫度應力和變形控制在允許范圍內。適當降低梁的剛度，允許有足夠的溫度變形。采用保溫隔熱材料控制外柱和外墻、屋面板的溫度。在受溫度變化影響變化較大部位，配制通長構造鋼筋，或加強配筋，提高混凝土的抗裂能力。
由于混凝土的材料的特性，決定了混凝土建筑物容易出現裂縫。在設計及施工中要充分考慮此類問題，重視收縮應力及溫度應力對混凝土結構的不利影響，采取有效的措施進行控制，減輕、避免問題的發生，保證建筑物的結構安全性。 (陳衛榮)
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