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砼收縮與溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響及采取的措施
發(fā)布時(shí)間：
2018-04-11
砼收縮與溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響及采取的措施
混凝土在凝結(jié)硬化過程中會(huì)產(chǎn)生收縮變形，溫度的變化會(huì)引起材料的熱脹冷縮，當(dāng)這兩種變形受到約束時(shí)，就會(huì)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力。如不適當(dāng)釋放這些應(yīng)力將會(huì)對混凝土結(jié)構(gòu)“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(yīng)力與溫度應(yīng)力
1.1收縮應(yīng)力與溫度應(yīng)力的形成
收縮應(yīng)力：混凝土是由水泥漿將砂、石粘接起來而組成的復(fù)合材料。在硬結(jié)過程中，當(dāng)水泥漿失去毛細(xì)孔里靜水張力所保持的水分時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土的收縮變形?；炷猎谑湛s過程中受到約束時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力。
溫度應(yīng)力：溫度的變化會(huì)引起材料的熱脹冷縮，當(dāng)約束條件下溫度變形引起的應(yīng)力稱為溫度應(yīng)力。當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)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(jié)性溫差、內(nèi)外溫差、日照溫差。
1.2收縮應(yīng)力與溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響
收縮應(yīng)力與溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方向，即長度方向和高度方向。
長度方面:當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)的長度越長，樓板等縱向連續(xù)構(gòu)件由收縮和溫度變化引起的變形就越大。如果這些縱向構(gòu)件的變形受到豎向構(gòu)件的約束，在縱向構(gòu)件中會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，而在豎向構(gòu)件中也會(huì)相應(yīng)地受到水平推力和拉力，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)在構(gòu)件中出現(xiàn)裂縫。在多層及高層建筑中，收縮和溫度應(yīng)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(huán)境接觸，相對于其下各層，頂層溫度變化劇烈，故可以認(rèn)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(xiàn)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(yīng)力影響也較小。而房屋的底層因基礎(chǔ)埋在地下，其收縮和溫度變形會(huì)受到剛度很大的基礎(chǔ)的約束作用。所以在房屋一層的窗下墻體也容易出現(xiàn)裂縫。
高度方向:在房屋的高度方向，溫差也會(huì)產(chǎn)生影響。高層建筑中隨著層數(shù)增加，溫度變化不斷累積，在頂層達(dá)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(gè)位移差受到抑制的程度就很小，因而溫度應(yīng)力也不大。但這種變形差會(huì)使頂部數(shù)層邊跨隔斷墻出現(xiàn)明顯變形和裂縫。相反的情況，如果梁的剛度較大，內(nèi)、外柱的位移差就會(huì)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(yīng)力。在陽光照射下，會(huì)使向陽面各柱子伸長。如果邊柱部分暴露在外，室內(nèi)外溫差還會(huì)引起柱子彎曲變形。
2構(gòu)造措施
為了減弱和消除收縮應(yīng)力與溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的危害，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采取一些必要的構(gòu)造措施。
2.1 設(shè)置伸縮縫:《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定當(dāng)建筑長度超過規(guī)定限制后，就應(yīng)當(dāng)設(shè)置伸縮縫。伸縮縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)分別設(shè)置墻或柱，將結(jié)構(gòu)斷開，把結(jié)構(gòu)分成獨(dú)立的溫度區(qū)段，滿足結(jié)構(gòu)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?shù)鹊孛嬉陨蠘?gòu)件全部斷開，基礎(chǔ)因受溫度變化影響較小，不必?cái)嚅_。它的設(shè)置間距(即建筑物的容許長度)是根據(jù)結(jié)構(gòu)所用的材料、結(jié)構(gòu)類型、施工方式、建筑所處的地理位置和環(huán)境密切相關(guān)。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(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生附加的應(yīng)力，使建筑物某些薄弱部位發(fā)生豎向錯(cuò)動(dòng)開裂而設(shè)置的縫隙。它要求從基礎(chǔ)到屋頂所有構(gòu)件均須設(shè)縫分開，使沉降縫兩側(cè)建筑物成為獨(dú)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(zhì)和建筑物的高度有關(guān)。伸縮縫根據(jù)其設(shè)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(jù)墻的厚度，伸縮縫可做成平縫、錯(cuò)口縫和企口縫等形式。為避免外界自然因素對室內(nèi)的影響，外墻外側(cè)縫口應(yīng)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(dāng)伸縮縫和沉降縫一道設(shè)置縫口較寬時(shí)，還應(yīng)用鍍鋅鐵皮、鉛皮等金屬調(diào)節(jié)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(wǎng)后再抹灰。填縫或蓋縫材料和構(gòu)造應(yīng)保證結(jié)構(gòu)在水平方向的自由伸縮。外墻內(nèi)側(cè)及內(nèi)墻縫口通常我們采用具有一定裝飾效果的木質(zhì)縫條或金屬片遮蓋，木條固定在縫口的一側(cè)。
?、跇堑孛嫔炜s縫：樓地面伸縮縫的位置與縫隙的寬度應(yīng)與墻體伸縮縫一致。伸縮縫內(nèi)也常以具有彈性的油膏、瀝青麻絲、金屬或塑料調(diào)節(jié)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(dòng)蓋板、鐵板或橡膠條等以防灰塵下落。特別注意衛(wèi)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(yīng)與墻體、樓地面的伸縮縫一致。屋頂伸縮縫一般設(shè)于建筑物的高低錯(cuò)落處，也見于兩側(cè)屋面處于同一標(biāo)高處。縫內(nèi)用瀝青麻絲、金屬調(diào)節(jié)片等材料填縫和蓋縫。不上人屋面通常在伸縮縫一側(cè)或兩側(cè)加砌矮墻，并按屋面泛水構(gòu)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(cè)結(jié)構(gòu)自由伸縮而不致于滲漏。寒冷地區(qū)還應(yīng)在縫隙填以巖棉、泡沫塑料或?yàn)r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(shè)矮墻，我們在施工中更應(yīng)切實(shí)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(yīng)設(shè)在結(jié)構(gòu)變形的敏感部位，分格大小應(yīng)控制在屋面受溫度影響產(chǎn)生變形的許可范圍內(nèi)。它的服務(wù)面積一般在15～25㎡左右，間距控制在3～5m。
2.2設(shè)置后澆帶:
通常每隔30～40 m設(shè)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(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于溫度、收縮、沉降不均可能產(chǎn)生的有害裂縫，按照設(shè)計(jì)或施工規(guī)范要求，在基礎(chǔ)底板、墻、梁相應(yīng)位置留設(shè)臨時(shí)施工縫，將結(jié)構(gòu)暫時(shí)劃分為若干部分，經(jīng)過構(gòu)件內(nèi)部收縮，在若干時(shí)間后再澆搗該施工縫混凝土，將結(jié)構(gòu)連成整體。后澆帶的澆筑時(shí)間宜選擇氣溫較低(但應(yīng)為正溫度)時(shí)，其強(qiáng)度等級應(yīng)比構(gòu)件強(qiáng)度高一級，防止新老混凝土之間出現(xiàn)裂縫，造成薄弱部位。根據(jù)后澆帶的部位和抵消應(yīng)力的不同，后澆帶常分類如下：
?、贋榻鉀Q高層建筑主樓與裙房的沉降差而設(shè)置的后澆施工帶稱為沉降后澆帶。
?、跒榉乐够炷聊Y(jié)構(gòu)收縮開裂而設(shè)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(shè)置的后澆施工帶稱為溫度后澆帶。
2.3采用專門的預(yù)加應(yīng)力措施：
通過施加預(yù)應(yīng)力，在混凝土中產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，抵消混凝土在收縮時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)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(jié)晶水化物一水化硫鋁酸鈣，使混凝土產(chǎn)生適度膨脹。在約束條件下，它通過水泥石與鋼筋的粘結(jié)，使鋼筋張拉，被張拉的鋼筋對混凝土本身產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，可大致抵消由于混凝土硬化過程中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生則難以補(bǔ)救，危害較大。常見的構(gòu)造裂縫通常是由于設(shè)計(jì)上欠考慮，未在薄弱部位設(shè)置溫度配筋或構(gòu)造配筋，當(dāng)遇到較大的溫度變形或干縮變形時(shí)易產(chǎn)生裂縫。因此，預(yù)防構(gòu)造裂縫的關(guān)鍵在于開工前，施工技術(shù)人員應(yīng)根椐工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)認(rèn)真審核圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的完善性，發(fā)現(xiàn)有缺陷時(shí)及時(shí)向設(shè)計(jì)人員提出修改或補(bǔ)充建議，并在今后的實(shí)體施工中重點(diǎn)予以關(guān)注，避免留下質(zhì)量隱患。
3幾種有效措施
適當(dāng)調(diào)整梁的剛度和連接節(jié)點(diǎn)的剛度，使溫度應(yīng)力和變形控制在允許范圍內(nèi)。適當(dāng)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(gòu)造鋼筋，或加強(qiáng)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(xiàn)裂縫。在設(shè)計(jì)及施工中要充分考慮此類問題，重視收縮應(yīng)力及溫度應(yīng)力對混凝土結(jié)構(gòu)的不利影響，采取有效的措施進(jìn)行控制，減輕、避免問題的發(fā)生，保證建筑物的結(jié)構(gòu)安全性。 (陳衛(wèi)榮)
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