热膨胀与收缩
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Thermal Cracking in Concrete at Early Ages
Leabharlann BaiduE & FN SPON (1994)
近几十年来，基础、桥梁、 近几十年来，基础、桥梁、隧道衬砌 以及其他构件尺寸并不很大的结构混凝土 开裂的现象增多， 开裂的现象增多，同时发现干燥收缩通常 在这里并不重要了。 在这里并不重要了。水化热以及温度变化 已经成为引起素混凝土与钢筋混凝土约束 应力和开裂的主导原因。 应力和开裂的主导原因。
Thermal Cracking in Concrete at Early Ages. E & FN SPON 1994.
液氮用于冷却混凝土
注：水胶比低的混凝土温控 存在困难， 存在困难，因为只有少量拌 和水可以用冰代替， 和水可以用冰代替，图中所 示为采用液氮冷却拌合物。 示为采用液氮冷却拌合物。
热膨胀与收缩
混凝土硬化初期由于水泥水化放热升温， 混凝土硬化初期由于水泥水化放热升温，体 积膨胀；到达温峰后降温产生收缩， 积膨胀；到达温峰后降温产生收缩，由于升温时 弹模小、降温时弹模明显增大， 弹模小、降温时弹模明显增大，因此收缩变形受 约束形成的拉应力远大于升温期间积累的压应力， 约束形成的拉应力远大于升温期间积累的压应力， 当超过混凝土的抗拉强度时会出现开裂。 当超过混凝土的抗拉强度时会出现开裂。
混凝土因为收缩引起开裂， 混凝土因为收缩引起开裂，尤其是 大体积混凝土因水泥水化放热产生的温 升会引起开裂的问题， 20世纪初就为 升会引起开裂的问题，在20世纪初就为 工程界所认识。 工程界所认识。
自20世纪初起，为了减小水化放热产 20世纪初起， 世纪初起 生的影响，开始采用掺火山灰的办法， 生的影响，开始采用掺火山灰的办法，30 年代又开发出低热水泥。 年代又开发出低热水泥。利用加大粗骨料 粒径、非常低的水泥用量、预冷拌合物原 粒径、非常低的水泥用量、 材料、限制浇注层高和管道冷却等措施， 材料、限制浇注层高和管道冷却等措施， 进一步获得了降低水化温峰、 进一步获得了降低水化温峰、抑制热裂缝 的效果。 的效果。
热收缩与热应力
混凝土的抗拉强度很小， 混凝土的抗拉强度很小，因此在冷却时产生的 拉应力很容易超过它的强度。例如： 拉应力很容易超过它的强度。例如： 混凝土的热膨胀系数为10× 混凝土的热膨胀系数为 ×10－6 /℃ ℃ 由于水化热产生的温升为15℃ 由于水化热产生的温升为15℃ 则混凝土冷却时的热收缩为150 150× 则混凝土冷却时的热收缩为150×10－6 而其弹性模量设为21GPa 而其弹性模量设为 如果被完全约束，冷却时的拉应力达3.15MPa 如果被完全约束，冷却时的拉应力达 超过一般混凝土的抗拉强度 因此，如果不是由于应力松弛， 因此，如果不是由于应力松弛，很可能要开裂
热膨胀与收缩
• 此外，混凝土体内与体表存在温差，体 此外，混凝土体内与体表存在温差， 内温度较高使内芯混凝土水化更快， 内温度较高使内芯混凝土水化更快，温 升更大并向外膨胀， 升更大并向外膨胀，造成混凝土表面受 而体内受压（见图）。 拉，而体内受压（见图）。
混凝土墙2m多厚；由于温差产生应力；平均温升 混凝土墙 多厚；由于温差产生应力；平均温升∆Tave=25℃；.最 多厚 ℃ 最 大温差∆T=20℃；混凝土水泥用量 大温差 ℃ 混凝土水泥用量315kg/m3, w/c=0.5。 。
新 浇 混 凝 土 温 度 、 应 变 、 应 力 的 变 化 历 程
水化热的影响
混凝土温度随水泥用量增加而上升
图3-46 硬化水泥浆体与混凝土的绝热温升
结构断面尺寸非常大
2.5m 2.0m
图3-47 混凝土浇注厚度对温升的影响 （浇注温度20°C，水泥用量400kg/m3）
混凝土的温升随结构物断面尺寸增大而加剧
Leabharlann BaiduE & FN SPON (1994)
近几十年来，基础、桥梁、 近几十年来，基础、桥梁、隧道衬砌 以及其他构件尺寸并不很大的结构混凝土 开裂的现象增多， 开裂的现象增多，同时发现干燥收缩通常 在这里并不重要了。 在这里并不重要了。水化热以及温度变化 已经成为引起素混凝土与钢筋混凝土约束 应力和开裂的主导原因。 应力和开裂的主导原因。
Thermal Cracking in Concrete at Early Ages. E & FN SPON 1994.
液氮用于冷却混凝土
注：水胶比低的混凝土温控 存在困难， 存在困难，因为只有少量拌 和水可以用冰代替， 和水可以用冰代替，图中所 示为采用液氮冷却拌合物。 示为采用液氮冷却拌合物。
热膨胀与收缩
混凝土硬化初期由于水泥水化放热升温， 混凝土硬化初期由于水泥水化放热升温，体 积膨胀；到达温峰后降温产生收缩， 积膨胀；到达温峰后降温产生收缩，由于升温时 弹模小、降温时弹模明显增大， 弹模小、降温时弹模明显增大，因此收缩变形受 约束形成的拉应力远大于升温期间积累的压应力， 约束形成的拉应力远大于升温期间积累的压应力， 当超过混凝土的抗拉强度时会出现开裂。 当超过混凝土的抗拉强度时会出现开裂。
混凝土因为收缩引起开裂， 混凝土因为收缩引起开裂，尤其是 大体积混凝土因水泥水化放热产生的温 升会引起开裂的问题， 20世纪初就为 升会引起开裂的问题，在20世纪初就为 工程界所认识。 工程界所认识。
自20世纪初起，为了减小水化放热产 20世纪初起， 世纪初起 生的影响，开始采用掺火山灰的办法， 生的影响，开始采用掺火山灰的办法，30 年代又开发出低热水泥。 年代又开发出低热水泥。利用加大粗骨料 粒径、非常低的水泥用量、预冷拌合物原 粒径、非常低的水泥用量、 材料、限制浇注层高和管道冷却等措施， 材料、限制浇注层高和管道冷却等措施， 进一步获得了降低水化温峰、 进一步获得了降低水化温峰、抑制热裂缝 的效果。 的效果。
热收缩与热应力
混凝土的抗拉强度很小， 混凝土的抗拉强度很小，因此在冷却时产生的 拉应力很容易超过它的强度。例如： 拉应力很容易超过它的强度。例如： 混凝土的热膨胀系数为10× 混凝土的热膨胀系数为 ×10－6 /℃ ℃ 由于水化热产生的温升为15℃ 由于水化热产生的温升为15℃ 则混凝土冷却时的热收缩为150 150× 则混凝土冷却时的热收缩为150×10－6 而其弹性模量设为21GPa 而其弹性模量设为 如果被完全约束，冷却时的拉应力达3.15MPa 如果被完全约束，冷却时的拉应力达 超过一般混凝土的抗拉强度 因此，如果不是由于应力松弛， 因此，如果不是由于应力松弛，很可能要开裂
热膨胀与收缩
• 此外，混凝土体内与体表存在温差，体 此外，混凝土体内与体表存在温差， 内温度较高使内芯混凝土水化更快， 内温度较高使内芯混凝土水化更快，温 升更大并向外膨胀， 升更大并向外膨胀，造成混凝土表面受 而体内受压（见图）。 拉，而体内受压（见图）。
混凝土墙2m多厚；由于温差产生应力；平均温升 混凝土墙 多厚；由于温差产生应力；平均温升∆Tave=25℃；.最 多厚 ℃ 最 大温差∆T=20℃；混凝土水泥用量 大温差 ℃ 混凝土水泥用量315kg/m3, w/c=0.5。 。
新 浇 混 凝 土 温 度 、 应 变 、 应 力 的 变 化 历 程
水化热的影响
混凝土温度随水泥用量增加而上升
图3-46 硬化水泥浆体与混凝土的绝热温升
结构断面尺寸非常大
2.5m 2.0m
图3-47 混凝土浇注厚度对温升的影响 （浇注温度20°C，水泥用量400kg/m3）
混凝土的温升随结构物断面尺寸增大而加剧