混凝土溫度應力指由於溫度變化使混凝土內部產生的應力。在施工過程中，混凝土溫度應力常常會導致溫度裂縫，從而影響整體的結構性和耐久性。
基本介紹
- 中文名：混凝土溫度應力
- 外文名：temperature stress of concrete
- 形成過程：分早、中、晚期
- 形成原因：自生應力和約束應力
- 危害：導致溫度裂縫
- 影響：結構性和耐久性
裂縫的原因,溫度應力形成的過程,溫度應力形成的原因,減少溫度應力的措施,混凝土的養護措施,
裂縫的原因
混凝土中產生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結構不合理，原材料不合格（如鹼骨料反應），模板變形，基礎不均勻沉降等。
混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。後期在降溫過程中，由於受到基礎或老混凝上的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化。如養護不周、時乾時濕，表面乾縮形變受到內部混凝土的約束，也往往導致裂縫。在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩定溫度，往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化規律對於進行合理的結構設計和施工極為重要。
溫度應力形成的過程
根據溫度應力的形成過程可分為以下三個階段：
1、早期
自澆築混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30天。這個階段的兩個特徵，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上彈性模量的急劇變化。由於彈性模量的變化，這一時期在混凝土內形成殘餘應力。
2、中期
自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止，這個時期中，溫度應力主要是由於混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘餘應力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。
3、晚期
混凝土完全冷卻以後的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘餘應力相迭加。
溫度應力形成的原因
根據溫度應力引起的原因可分為兩類：
1、自生應力
邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，如果內部溫度是非線性分布的，由於結構本身互相約束而出現的溫度應力。例如，橋樑墩身，結構尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內部溫度高，在表面出現拉應力，在中間出現壓應力。
2、約束應力
結構的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。這兩種溫度應力往往和混凝土的乾縮所引起的應力共同作用。
減少溫度應力的措施
為了防止裂縫，減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。控制溫度的措施如下：
1、 採用改善骨料級配，用乾硬性混凝士，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量；
2、拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆築溫度；
3、熱天澆築混凝土時減少澆築厚度，利用澆築層面散熱；
4、在混凝土中埋設水管通人冷水降溫；
5、規定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度；
6、施工中長期暴露的混凝土澆築塊表面或薄壁結構，在寒冷季節採取保溫措施。
改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養護，防止表面乾縮，特別是保證混凝土的質量對防止裂縫是十分重要，應特別注意避免產生貫穿裂縫，出現後要恢復其結構的整體性是十分困難的，因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發生為主。
在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉率，往往要求新澆築的混凝土儘早拆模。當混凝土溫度高於氣溫時應適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆築早期拆模，在表面引起很大的拉應力，出現“溫度衝擊”現象。在混凝土澆築初期，由於水化熱的散發，表面引起相當大的拉應力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應力，與水化熱應力迭加，再加上混凝土乾縮，表面的拉應力達到很大的數值，就有導致裂縫的危險，但如果在拆除模板後及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對於防止混凝土表面產生過大的拉應力，具有顯著的效果。
加筋對大體積混凝土的溫度應力影響很小，因為大體積混凝土的含筋率極低。只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應力低於屈服極限的條件下，鋼的各項性能是穩定的，而與應力狀態、時間及溫度無關。鋼的線脹係數與混凝土線脹係數相差很小，在溫度變化時兩者間只發生很小的內應力。由於鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7-15倍，當內混凝土應力達到抗拉強度而開裂時，鋼筋的應力將不超過100—200kg/cm2．因此，在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現很困難。但加筋後結構內的裂縫一般就變得數目多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細而間距密時，對提高混凝土抗裂性的效果較好。混凝土和鋼筋混凝土結構的表面常常會發生細而淺的裂縫，其中大多數屬於乾縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對結構的強度和耐久性仍有一定的影響。
混凝土的養護措施
實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。從溫度應力觀點出發，保溫應達到下述要求：
1、防止混凝土內外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。
2、防止混凝土超冷，應該儘量設法使混凝土的施工期最低溫度不低於混凝土使用期的穩定溫度。
3、防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。
