温度应力对结合面粘结性能的影响研究

2022-09-12

1 问题的提出

近年来, 混凝土修补问题已成为工程结构的一个分支, 新老混凝土粘结性研究受到广大工程界的关注。无论是已建工程的加固、修补还是工程兴建中经常遇到的在已硬化的混凝土上或已凿除、酥松部分露出的混凝土基层上浇筑新混凝土或砂浆的问题, 箱梁、板、柱的加大截面加固等等, 都要涉及到新老混凝土能否结合为整体共同工作, 温度的变化将直接影响混凝土的收缩, 并且当结构周围的气温变化时, 混凝土板都会产生变形。

温度应力, 是物体内部中由于温度改变而产生的应力, 与温度本身无关。由于变温引起的拉应力往往超过荷载引起的拉应力, 其数值可能超过混凝土的抗拉强度, 常常会使混凝土结构产生裂缝, 危及结构的安全。因此, 如何正确有效的分析结构中的温度应力, 并且能够采取必要相应的温度控制措施, 是工程技术人员必须考虑的一个问题。

2 原理分析

混凝土的收缩是能够持续一段漫长的时间, 但是在长期收缩中, 混凝土有一部分是由于碳化, 混凝土收缩的速度是随着时间延长而急剧降低的。但是新浇筑的混凝土的收缩比较大。相对于新浇筑混凝土来说, 老混凝土的收缩相对很小, 可以忽略不计。

新浇混凝土由于水化热的作用温度会升高, 后期由于表面散热将会下降到准稳定场。升温时混凝土龄期短、弹模小而徐变大会引起压应力。但温降时往往老混凝土已浇筑完成, 新混凝土因温降而收缩, 从而在老混凝土面上作用向下压的力。气温变化会引起新混凝土在轴向的伸缩, 该伸缩会在结合面处引起周期性的法向拉、压应力。

新混凝土表面由于温度下降而受冷收缩, 沿新浇筑混凝土表面的收缩将引起新混凝土的拉应力同。沿着新旧混凝土结合面的接触面引起结合面法向拉应力。结合面中部则产生来自于新旧混凝土的压力 (见图1) 。

和温度下降情况相反, 新浇注混凝土由于温度上升而在结合面的两侧引起法向压应力, 在结合面的中部引起法向拉应力 (见图2) 。

新混凝土浇筑时老混凝土表面的温度与准稳定温度的差异。如果新混凝土在冬季浇筑, 则此时老混凝土处于低温收缩、凹曲状态, 后期老混凝土温度上升到准稳定场, 结合面恢复到平展状态, 在接合面从凹曲发展到平展的变形时, 会引起结合面两侧法向拉应力、内部法向压应力 (见图3) 。

如果在夏天高温季节浇筑混凝土时, 老混凝土面处于伸长、凸曲状态, 浇筑完后期温度下降到准稳定场, 结合面收缩平展, 这种从凸曲到平展的变形会在接合面的内部引起法向拉应力。而两侧引起法向压应力。

3 新老混凝土结合面施工技术措施

新旧混凝土结合面产生裂缝产生的原因往往是由于变温引起的拉应力超过荷载引起的拉应力, 而其数值往往超过混凝土的抗拉强度。建议采用一下几种措施使得新旧混凝土结合良好, 保证其良好的结合面处的强度。

3.1 结合面的处理

首先凿除老混凝土面碳化层, 同时不损伤老混凝土, 凿毛后使老混凝土面露出粗集料, 然后用高压水冲洗, 浇筑新混凝土前在结合面铺抹水泥砂浆, 提高新老混凝土结合胶强度。

3.2 采用严格的温控措施

(1) 合理控制浇筑层厚及间歇期; (2) 改善混凝土的性能, 保证并力争提高混凝土的抗裂能力; (3) 合理安排混凝土施工程序和施工进度, 混凝土浇筑应做到短间歇连续均匀上升, 不得出现薄层长间歇; (4) 表面保护及养护, 新混凝土浇筑完毕后应及时进行不间断洒水养护, 保持混凝土表面湿润, 长期保露面养护时间不少于28天; (5) 通水冷却; (6) 降低浇筑速度, 减少水化热温升。