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1、温度应力对混凝土裂缝的影响（韩卓明） 摘要：以潮白河防洪闸挡墙裂缝为例，对混凝土挡墙裂缝的形成进行分析，对挡墙混凝土温度应力、收缩应力进行计算分析，并提出相应的措施。关键词：温度应力混凝土裂缝
1工程基本情况
潮白河防洪闸共6孔,为开敞式钢筋混凝土结构,单孔净宽6m,中墩5个,挡墙25个,出现裂缝的是最先浇筑的6块挡墙。25个挡墙长度分别为6.5-18.0m,高度6.2-8.2m,挡墙断面为梯形,迎水面为直墙,背水面为斜墙,上口宽为50cm,下口宽为200cm。挡墙内外设有双向钢筋,直径18-2
2、0mm,保护层厚度45mm。挡墙混凝土配合比为C23F150W4,采用水泥为32.5普通硅酸盐水泥,水泥用量344kg,水灰比0.48,砂率37.5%,骨料为5-25mm。浇筑工艺采用泵送混凝土,混凝土坍落度控制在14-16cm,在混凝土浇筑后7-10d,25个挡墙中6个都出现2-3条裂缝,裂缝较垂直且无分叉,一般在挡墙中部向上伸展,下部开展到距底板10-50cm,裂缝在浇筑块的1/3-1/2处。
2裂缝产生的原因
该工程挡墙断面最宽处200cm,最窄处50cm,平均厚125cm,水化热引起的混凝
3、土内外温差已经超25℃,为双面散热,应按大体积混凝土施工。大体积混凝土施工中产生的温度裂缝,是其内部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变。另一方面是结构的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变,一但温度应力超过混凝土能承受极限抗拉强度,就会产生不同程度的裂缝。对该工程来说主要原因为以下3点：①塑性塌落引起的裂缝；②温度变化引起的裂缝；③混凝土收缩引起的裂缝。本文就温度应力对潮白河防洪闸挡墙裂缝的影响进行分析。
3只考虑底板约束时挡墙混凝土温度应力的计算
3.1水平方向主要应力
4、σ的计算
挡墙作用在底板上,可视作一个长墙结构,受刚性基础约束,沿水平方向主要应力σ,按下式计算：
σ=-EαT(1-chβ/cbβL/2),边墙截面中点x=0,chβ=1,此时剪应力为0,上式即为：
σ=-EαT(1-1/cbβL/2)(1)
式中：
E——混凝土静弹性模量/(N/mm2),C25的E=2.8×104N/mm2；
α——混凝土线性膨胀系数,取1.0×10-5；
T——综合温差℃,包括水泥水化温差、气温差和收缩当量温差；
L——墙水平长度/mm；
chβ——
5、双曲余弦函数,β={Cx/(EH)}1/2,这里Cx为基础水平阻力系数,E为静弹性模量,H为结构高度,基础为钢筋混凝土时,C=1.0-1.5N/mm3。
3.2综合温差T的计算
这里的综合温差包括水泥水化温差T1,气温温差T2,收缩当量温差Tr。
3.2.1水泥水化温差T1
水泥水化温差按下式计算：
T1=T浇+Thξ-T气(2)
式中：T浇——浇筑混凝土温度/℃；
T气——浇筑混凝土平均温度/℃；
Th——混凝土最终绝热温升/℃,Th=ω·Q/Cρ；
这里ω为混凝土中水泥用量/(kg/m
6、3)；
Q——水泥水化热量(kJ/kg),本式取Q=377kJ/kg；
C——混凝土比热/(kJ/(kg·K)),
本式取0.97kJ/(kg·K)；
ρ——混凝土的容重/(kg/m3),本式取2400kg/m3；
ε——不同浇筑的厚度温降系数,东墙为双面散热取0.193。
3.2.2气温温差T2
气温温差按下式计算：
T2=T气+T稳
式中：T气——混凝土浇筑时的平均气温/℃
T稳——计算龄期月的平均气温/℃。
3.2.3收缩当温差Tr
收缩当量温差可由下式计算：
Tr=-{ε(r)
7、+ε(o)}/α
混凝土收缩变形引起的应力可以代入公式(1)计算,也可综合后计算。
式中,ε(r)为任意时间混凝土收缩变形,其计算公式为：
ε(r)=3.24×10-4(1-e-0.011)M1M2…Mn
其中,r为计算龄期/d；M为材质,工艺有关非标准条件下的影响系数,计算时只考虑水泥细度和水灰比影响。M2=1.35,M4=1.25,其余M=1.0。ε(0)=4×10-5。
3.2.4综合温差计算值
具体数据见表1。
3.3混凝土抗拉强度的估算
统计挡墙多组试件抗压强度f28=
8、25×1.1=27.5Mpa,则10d龄期的抗拉强度约为fa(10)=0.044×f28=1.21Mpa,挡墙受底板约束其内部水平应力呈双曲函数分布。从表格计算分析6块边墙时的天龄期δmax。都接近1.21Mpa,这就说明结构处于易开裂状态。
4温度变形分析
混凝土温度变形的大小,取决于温度变化(即温差△T)和混凝土线性膨胀系数α。在约束条件下,温差△T引起的温度变形是△T与线性膨胀系数α的乘积α×△T,当α×△T超过混凝土的极限拉伸值时,即出现裂缝
