《裂縫的成因》word版

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1、1.引言在大體積混凝土施工中，最常見的裂縫多是因?yàn)闇囟葢?yīng)力引起的，因此，研究溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。其主要原因有兩點(diǎn)：第一，在施工中，大體積混凝土最容易出現(xiàn)溫度裂縫，直接影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性；第二，在混凝土使用壽命內(nèi)，溫度變化對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)的改變?nèi)跃哂酗@著的影響。因此本文針對(duì)施工中混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的產(chǎn)生原因和預(yù)防措施進(jìn)行研究。2.大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的原因2.1.溫度和濕度變化的影響混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，其中主要是溫度和濕度變化的影響，此外還有混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)），模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等因素

2、都會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。這里主要討論溫度和濕度變化的影響。混凝土從拌和到凝結(jié)硬化，水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，會(huì)在混凝土表面引起拉應(yīng)力；而終凝后在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或前次已澆筑混凝的約束，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。混凝土在使用過程中，外界氣溫的降低也會(huì)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(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度因外界環(huán)境的作用可能會(huì)發(fā)生劇烈變化，如養(yǎng)護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫?；炷潦且环N脆性材料，其抗拉強(qiáng)度僅是抗壓強(qiáng)度的10％左右，短期加荷時(shí)的

3、極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×10-4，長期加荷時(shí)的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×10-4；由于原材料不均勻、水灰比不穩(wěn)定、及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中不同部位其抗拉強(qiáng)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。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān)，混凝土只是承受壓應(yīng)力；但在素混凝土中，如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身來承擔(dān)。一般混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力，但是在大體積混凝土施工過程中，由于水化熱的作用，從最高溫度冷卻到正常使用時(shí)期的穩(wěn)定溫度，往往會(huì)在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有

4、時(shí)溫度應(yīng)力甚至超過其它外荷載所引起的應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的施工組織極為重要。2.2.混凝土溫度應(yīng)力的分析2.2.1.根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段：a、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(gè)階段的兩個(gè)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(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。b、中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)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。C、晚期：混凝

5、土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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。2.2.2.根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：a、自生應(yīng)力：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。例如重力式U型橋臺(tái)，結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大，混凝土冷卻時(shí)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。b、約束應(yīng)力：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。如重力式U型橋臺(tái)的臺(tái)身與側(cè)墻結(jié)合處。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，導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生裂縫。要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分

6、析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算；混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松馳，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，必須考慮徐變的影響，具體計(jì)算這里就不再細(xì)述。3.溫度應(yīng)力的控制和防止溫度裂縫的措施3.1.控制溫度和改善約束條件為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手。3.1.1.控制溫度的措施如下：a、采用改善骨料級(jí)配，用干硬性混凝土，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；b、拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；c、熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；d、在混凝土中埋設(shè)

7、水管，通入冷水降溫；e、規(guī)定合理的拆模時(shí)間，氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度；f、施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施；3.1.2.改善約束條件的措施是：a、合理地分縫分塊；b、避免基礎(chǔ)過大起伏；c、合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露；3.2.使用外加劑改善混凝土的性能，提高抗裂能力為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一，例如使用減水劑提高和易性。在混凝土施工中外加劑的主要作用為：3.2