大體積混凝土裂縫原因分析

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混凝土中產(chǎn)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(jié)構(gòu)形式等原因。 
    混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫?；炷恋膬?nèi)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(fā)生劇烈變化，如養(yǎng)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也可能導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。混凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1／10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104， 長期加荷時的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×104.由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在素混凝土（方塊）內(nèi)如果結(jié)構(gòu)出現(xiàn)拉應(yīng)力，須依靠混凝土自身承擔(dān)。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到穩(wěn)定溫度時間短，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。
    一、溫度應(yīng)力的分析
    1、根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個階段：
    （1）早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個階段的兩個特征，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。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。
    （2）中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度，這個時期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。
    （3）晚期：混凝土完全冷卻以后的時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。
    2、根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：
    （1）邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如，混凝土方塊結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。
    （2）結(jié)構(gòu)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(yīng)力。如方塊的榫槽。
    這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。
    3、在的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要將方塊盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。早期拆模，在方塊表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)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(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險。
    加筋對大體積混凝土方塊的溫度應(yīng)力影響很小，因為加入方塊的混凝土中的含筋率極低。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7-15倍，當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力達到抗拉強度而開裂時，鋼筋的應(yīng)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(xiàn)很困難。
    混凝土方塊內(nèi)約束
    混凝土塊體自身質(zhì)點之間的約束：大體積混凝土方塊在溫度變化過程中，塊體內(nèi)溫度分布是不均勻的。塊體表層散發(fā)快，表層溫度接近外界氣，而內(nèi)部積聚的水化熱不易散發(fā)，使塊體內(nèi)部溫度明顯高于表層溫度，內(nèi)、外溫差不一致，使表層混凝土收縮受到里層混凝土的約束而產(chǎn)生拉應(yīng)力。
    外約束作用越大，相應(yīng)的溫度應(yīng)力愈大；內(nèi)約束產(chǎn)生的溫度應(yīng)力與塊體內(nèi)、外溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。如果二者產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度混凝土都要出現(xiàn)裂縫。方塊A、B、C水泥用量少，水化熱小，且方塊A底部無外約束，所以方塊A不產(chǎn)生裂縫。方塊B、C底部有外約束，當(dāng)外約束產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度就出現(xiàn)裂縫，因此方塊B、 C在榫槽處有時出現(xiàn)裂縫，方塊D和卸荷板因有抗凍要求，強度等級高，水泥用量多，水化熱大，且都有外約束（方塊D在底部榫糟處，卸荷板在預(yù)留孔處），所以方塊D和卸荷板出現(xiàn)的裂縫比B、C明顯。
    外約束
    混凝土澆注后，溫度逐漸下降，塊體也隨之收縮。但是在塊體底部（與底胎上的榫相互作用，塊體收縮受到榫的約束，從而在塊體內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。該拉力在混凝土方塊的底部最大，一旦產(chǎn)生裂縫也是從底部開始，隨著收縮的增加和溫度應(yīng)力的增大，裂縫將向上延伸，有時貫穿整個塊體。
    改進預(yù)制混凝土大方塊產(chǎn)生裂縫的措施：
    為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。