混凝土温度应力温度应力形成的过程

根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：

1、早期

自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。

2、中期

自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。

3、晚期

混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。

混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。

混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后由于受到基础或老混凝土的约束，气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

根据温度应力引起的原因可分为两类：

1、自生应力

边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥梁墩身，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。

2、约束应力

结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。

为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施如下：

1、 采用改善骨料级配，用干硬性混凝士，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；

2、拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；

3、热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；

4、在混凝土中埋设水管通人冷水降温；

5、规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；

6、施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。

改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。

加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7-15倍，当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100—200kg/cm2．因此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝，其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅，但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。

实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：

1、防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。

2、防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。

3、防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。 2100433B

《混凝土温度:应力检测原理与装备》是国内第一本关于约束条件下混凝土温度-应力检测原理与装备的专著。 全书共分7章，详细介绍约束条件下混凝土温度-应力检测的理论、关键技术和装备研制及其工程应用。系统分析了混凝土抗裂性能评价及混凝土温度-应力检测原理，提出并解决了约束条件下混凝土温度-应力检测的主要关键技术：无接触激光位移测量技术，提高了测量精度；自然环境模拟技术，设计一种新型的分流式内加湿型环境箱，可实现高精度的温度、湿度和风速调节；拉/压力传感器的量程切换技术，解决测量精度与量程扩展的矛盾，保证了混凝土不同凝结阶段应力的精确测量。应用这些关键技术，研制了新型约束可调式 单轴温度-应力开裂试验机，可满足混凝土基准试验、大体积混凝土温度控制、等温控制试验、约束度变化试验、环境条件模拟试验、裂缝观测等六大功能要求，整体水平达到国外同类装置的水平，且性价比高。以实际工程混凝土温度-应力的影响分析为例，介绍了新型约束可调式单轴温度-应力开裂试验机的应用。

《混凝土温度:应力检测原理与装备》可供材料科学与工程、控制科学与工程和检测技术领域的高等院校、科研院所以及工程建设单位的教学、科研、工程技术人员和研究生参考。

混凝土温度应力应变测试。 2100433B

温度应力测试系统

产品型号：TST

产地：瑞士

应用：用于测量混凝土及其他建材在初期的温度应力，超大的测试空间，最大混凝土试样横断面尺寸可以达到150 x 150 mm，最大长度可以达到1500mm

产品概述：

用于测量混凝土及其他建材在初期的温度应力，超大的测试空间，最大混凝土试样横断面尺寸可以达到150 x 150 mm，最大长度可以达到1500mm对于应变或者是变形的测量现在采用了最新的测量系统或者是使用纤维带或者是LVDT位移传感器的方式。这些最新的测量方法有：a）振弦应变计；或者b）光栅传感器 (FBG)

振弦式应变计方法已经在T.U. Braunschweig大学的系统中得到了成功的应用。应力的测量采用荷重传感器来进行。T.U. Braunschweig大学还采用了一个在室温中的参考试样作为试验结果的修正，进行加载和卸载测试。

系统主要由以下几部分组成：1、水平式（卧式）电子伺服万能测试加载架型号： PMH-EM-DZ-400/100 包括完整的夹具系统用于150 x 150 x 1500 mm的试样的测试。主要技术规格为：2、试样测试空间150 x 150 x 1500 mm包括冷却/加热控制器，试样的长度变形测量采用纤维带以及LVDT位移传感器来进行。包括6个温度传感器。3、PCS-200 T2数字式控制和数据采集系统闭环回路控制，包括12个附加的温度测量通道，个人电脑、打印机、UPS供电系统等。“DION-PRO”万能测试软件可以很容易地对试验测试、数据采集和计算进行编程，可以打印测试结果并连续地储存完整的测试结果。

技术参数：最大压力： 400 kN最大拉力：200 kN行程：100 mm测试速度：0 到 20 mm/min净重：大约 2250 kg电源供应：400 V/AC/50Hz/16安培量程：0.2-2000kN精度等级：ISO 7500-1标准0.5级闭环回路控制方式：可以采用力、位移、应变或者外部控制方式

温度应力测试系统产品型号：TST

产地：瑞士

应用：用于测量混凝土及其他建材在初期的温度应力，超大的测试空间，最大混凝土试样横断面尺寸可以达到150 x 150 mm，最大长度可以达到1500mm

产品概述：

用于测量混凝土及其他建材在初期的温度应力，超大的测试空间，最大混凝土试样横断面尺寸可以达到150 x 150 mm，最大长度可以达到1500mm对于应变或者是变形的测量现在采用了最新的测量系统或者是使用纤维带或者是LVDT位移传感器的方式。这些最新的测量方法有：a）振弦应变计；或者b）光栅传感器 (FBG)

振弦式应变计方法已经在T.U. Braunschweig大学的系统中得到了成功的应用。应力的测量采用荷重传感器来进行。T.U. Braunschweig大学还采用了一个在室温中的参考试样作为试验结果的修正，进行加载和卸载测试。

系统主要由以下几部分组成：1、水平式（卧式）电子伺服万能测试加载架型号： PMH-EM-DZ-400/100 包括完整的夹具系统用于150 x 150 x 1500 mm的试样的测试。主要技术规格为：2、试样测试空间150 x 150 x 1500 mm包括冷却/加热控制器，试样的长度变形测量采用纤维带以及LVDT位移传感器来进行。包括6个温度传感器。3、PCS-200 T2数字式控制和数据采集系统闭环回路控制，包括12个附加的温度测量通道，个人电脑、打印机、UPS供电系统等。“DION-PRO”万能测试软件可以很容易地对试验测试、数据采集和计算进行编程，可以打印测试结果并连续地储存完整的测试结果。

技术参数：最大压力： 400 kN最大拉力：200 kN行程：100 mm测试速度：0 到 20 mm/min净重：大约 2250 kg电源供应：400 V/AC/50Hz/16安培量程：0.2-2000kN精度等级：ISO 7500-1标准0.5级闭环回路控制方式：可以采用力、位移、应变或者外部控制方式2100433B