大體積混凝土裂縫控制和處理措施探析

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1、大體積混凝土裂縫控制和處理措施探析　　【摘要】大體積混凝土具有形體龐大、混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜、施工技術(shù)和質(zhì)量要求較高等特點(diǎn)。如何防止大體積混凝土因水泥水化熱引起的溫度裂縫，一直是工程技術(shù)界長(zhǎng)期關(guān)心和共同研究的重要課題。本文就這方面問(wèn)題進(jìn)行了一些研究?！娟P(guān)鍵詞】大體積混凝土；施工；溫度應(yīng)力；溫度裂縫；裂縫控制【中圖分類號(hào)】TU712.3【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1727-5123（2012）06-035-021大體積混凝土的定義到底混凝土有多大數(shù)量，才能稱為大體積混凝土呢？對(duì)于大體積混凝土很難下一個(gè)確切的定義，但凡屬建筑工程大體

2、積混凝土都有一些共同的特征：結(jié)構(gòu)厚實(shí)，混凝土量大，工程條件復(fù)雜（一般都是現(xiàn)澆鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)，多為地下或半地下建筑），施工技術(shù)要求高，水泥水化熱使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度和收縮變形，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，盡可能減少溫度變形引起的開裂。因此，大體積混凝土經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，不是力學(xué)上的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而是以控制混凝土溫度變形裂縫，從而提高混凝土的抗?jié)B、抗裂、抗侵蝕性能，以提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久年限為突出任務(wù)。82大體積混凝土的開裂大體積混凝土自澆筑開始，就要受到外界環(huán)境和其本身的各種因素的作用使混凝土中任一點(diǎn)的位移和變形不斷地變化，從而產(chǎn)生了應(yīng)力。一般情況下，當(dāng)

3、應(yīng)力超過(guò)了混凝土的極限強(qiáng)度，或其應(yīng)力變形超過(guò)了混凝土的極限變形值，由混凝土構(gòu)成的結(jié)構(gòu)物就要產(chǎn)生裂縫。裂縫發(fā)展到嚴(yán)重程度，結(jié)構(gòu)因失去承載能力而破壞。而這種破壞力綜合起來(lái)可分為以下幾種：①溫度應(yīng)力。包括混凝土本身水化熱產(chǎn)生的和環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的。②干縮應(yīng)力。由于混凝土的水分?jǐn)U散系數(shù)極小，結(jié)構(gòu)水分散失多發(fā)生在混凝土表層很淺的部位，而且拉應(yīng)力也產(chǎn)生在這個(gè)部位。③外荷載應(yīng)力。包括自重、水壓、泥沙壓力、地震力、設(shè)備重量及其他設(shè)計(jì)考慮的活荷載等。④基礎(chǔ)變形和模板走樣產(chǎn)生的應(yīng)力。而大體積混凝土的開裂主要是由于水化熱使混凝土溫度升高，其溫度擴(kuò)散緩慢，從

4、而產(chǎn)生較大溫差而引起開裂。下面就這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析。3混凝土溫度應(yīng)力的分析3.18溫度應(yīng)力引起的原因。①自生應(yīng)力：沒(méi)有任何邊界上完全約束或靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線形分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而會(huì)出現(xiàn)溫度應(yīng)力。例如橋梁墩身，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。②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。如箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土在溫度變化時(shí)的變形應(yīng)力。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮引起的應(yīng)力共同作用。3.2溫度應(yīng)力的形成過(guò)程。溫度應(yīng)力的形成過(guò)程

5、可分為以下三階段：①早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般為30d。這個(gè)階段具有兩個(gè)特征：a.水泥放出大量的水化熱；b.混凝土彈性模量的急劇變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)部形成殘余應(yīng)力。②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)力與早期殘余的應(yīng)力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。③晚期：混凝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的，這些應(yīng)力與前兩種殘余應(yīng)力相疊加。4混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因混凝土中產(chǎn)生溫度裂縫的原因比

6、較復(fù)雜，主要是混凝土溫度發(fā)生變化時(shí)會(huì)在內(nèi)部或表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，由于混凝土本身是一種脆性和不均勻性的材料，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉能力時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。4.18材料屬性方面的原因。在鋼筋混凝土中拉應(yīng)力主要由鋼筋承擔(dān)，混凝土只承受壓應(yīng)力，一般設(shè)計(jì)中均不要求混凝土土承受拉應(yīng)力或承受很小的拉應(yīng)力，但在混凝土內(nèi)部或鋼筋混凝土的邊緣部位如果出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則需依靠混凝土自身承擔(dān)。當(dāng)這種拉應(yīng)力過(guò)大時(shí)，便會(huì)形成裂縫?；炷林械乃滞ㄟ^(guò)水泥水化反應(yīng)消耗一部分，其余大部分水分將會(huì)在混凝土硬化過(guò)程中蒸發(fā)掉，使得混凝土中存在大量的毛細(xì)孔道，由于水分的蒸發(fā)使得毛細(xì)

7、管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力，形成混凝土干縮變形，這就是早在60年代就已經(jīng)被國(guó)際建筑界所認(rèn)可的混凝土表面張力理論。這些變形過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。4.2外因變化方面的原因。4.2.1混凝土硬化時(shí)的溫度裂縫。在混凝土硬化期間會(huì)釋放出大量的水化熱，混凝土內(nèi)部溫度不斷升高，體積膨脹，在表面引起拉應(yīng)力，由于此時(shí)混凝土強(qiáng)度較低，很容易形成裂縫；硬化后期由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度的降溫過(guò)程中，體積收縮，由于受到基礎(chǔ)本身或已固化混凝土的約束，又會(huì)在混凝土內(nèi)部形成相當(dāng)大拉應(yīng)力，尤其是大體積混凝土，有時(shí)這種溫度應(yīng)力可超過(guò)其它外荷載所引起的應(yīng)力，往往形成裂

8、縫，大體積混凝土甚至?xí)纬韶炌芽p。4.2.28混凝土表面溫度變化形成溫度裂縫。在正常使用條件下，當(dāng)混凝土硬化基本結(jié)束后，內(nèi)部溫度便達(dá)到基本穩(wěn)定（變化很小或變化較慢），但表面溫度可能發(fā)生較大、較快的變化（如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干