大體積混凝土裂縫成因及控制

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1、大體積混凝土裂縫成因及控制　　(內(nèi)蒙古大學理工學院，內(nèi)蒙古呼和浩特010021) 　　摘要：本文分析了大體積混凝土的特點、溫度應力變化的特點及在溫度應力作用下裂縫的成因，提出了具體的控制措施。 關鍵詞：大體積；混凝土；溫度裂縫 　　中圖分類號：TU528.064文獻標識碼：A文章編號：1007—6921(XX)03—0107—02 　　日本建筑學會的標準定義“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸80cm以上，水化熱引起的混凝土內(nèi)部最高溫度與周圍環(huán)境溫差超過25℃的混凝土稱為大體積混凝土。”我國目前尚無確切定義，JGJ/T55—96規(guī)定：混

2、凝土結(jié)構(gòu)實體最小尺寸大于或等于1m的部位所在的混凝土稱為大體積混凝土。有時結(jié)構(gòu)斷面尺寸不大，但混凝土強度等級高，水泥用量大，所用水泥水化熱高，也按大體積混凝土考慮。 　　混凝土是一種多相的復合材料，裂縫前端的性狀復雜，難以測定。從微觀上分析，混凝土的開裂主要是由于混凝土中出現(xiàn)了拉應力超過了其抗拉強度，或者拉伸應變超過了其極限拉伸值?；炷恋母煽s、升溫膨脹、降溫冷縮及自身體積收縮等變形，受到其基礎及周圍環(huán)境的約束時，在混凝土內(nèi)部或表面產(chǎn)生拉應力，并可能導致混凝土開裂。 1大體積混凝土的特點 　　1.1混凝土是脆性材料：抗拉強度

3、只有抗壓強度的1/10；拉伸變形能力很小，短期加載時的極限拉伸變形只有×10-4，約相當于溫度降低6～10℃的變形，長期加載時的極限拉伸變形也只有×10-4。 　　1.2結(jié)構(gòu)斷面尺寸大：混凝土澆筑以后，由于水泥的水化熱，內(nèi)部溫度急劇上升，此時混凝土彈性模量很小，徐變較大，升溫引起的壓力并不大；但在日后溫度逐漸降低時，彈性模量增大，徐變減小，在一定的約束條件下會產(chǎn)生相當大的拉應力。 　　1.3外界環(huán)境長期作用：一年四季中氣溫和水溫的變化在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中引起相當大的長期反復拉應力變化，加劇混凝土的開裂可能。 　　1.4結(jié)構(gòu)未

4、配或少配筋：大體積混凝土結(jié)構(gòu)通常是不配筋的，或只在表面或孔洞附近配置少量鋼筋，與結(jié)構(gòu)的巨大斷面相比，含鋼率是極低的。由于沒有配置鋼筋，如果出現(xiàn)拉應力，就要依靠混凝土本身來承受。 2混凝土溫度應力的特點及變化過程 　　混凝土溫度應力的特點可以通過一個較為簡單的例子來說明，設有一兩端固定的鋼桿件，桿件內(nèi)發(fā)生溫度變化T，T是時間τ的函數(shù)：當τ=0時，T=0，開始階段，T隨時間而升高，過了最高溫度后，逐漸冷卻，最終變?yōu)門=0。鋼的彈性模量ES為常數(shù)，因兩端固定，由材料力學可知，桿件內(nèi)的溫度應力為： σS=－ESαST

5、　　鋼桿件溫度應力σS與溫度T是成比例的，比例常數(shù)為－ESαS，其中αS為鋼的線脹系數(shù)。當溫度從0℃上升到最高溫度時，應力也從0上升到最大壓應力，當溫度再逐漸降低到0℃時，應力值也逐漸降低到0，即恢復到初始狀態(tài)。 　　對于兩端固定的桿件，由于混凝土彈性模量EC是隨著齡期τ而變化的，溫度應力不能再用前述公式計算，而應采用增量法計算，把時間τ劃分為一系列時段△τi,在第i個時段△τi內(nèi)，溫度增量為△Ti，平均彈性模量為E，彈性應力增量為： △σi=－αE△Ti 累加后，得到彈性應力如下： σC=－α∑E△Ti

6、　　進一步考慮混凝土徐變的影響，應采用下式計算： σC=－α∑EK△Ti 　　式中K為應力松弛系數(shù)，設在齡期τ混凝土受到應力σ，如果應變固定為常數(shù)，由于徐變的影響，到了時間t，應力將減小為σ,松弛系數(shù)即為σ與σ的比值，即： K=σ/σ 　　在早期升溫階段，桿內(nèi)產(chǎn)生了壓應力，但因早期混凝土彈性模量比較小，松弛系數(shù)也比較小，因此壓應力的數(shù)值不大；到了后期降溫階段，混凝土彈性模量較大，松弛系數(shù)K也比較大，單位溫差產(chǎn)生的應力增量比較大，因此，隨著桿內(nèi)溫度的逐步降低，不但早期壓應力被抵消了，而且在桿內(nèi)還會產(chǎn)生很大的拉應力。最終，

7、當時間τ→∞，溫度T→0，但應力并不變?yōu)?，而是產(chǎn)生很大的剩余拉應力。實際情況是，當溫度變幅達到12～20℃時，對于受到完全約束的混凝土，后期產(chǎn)生的拉應力足以使混凝土被拉斷。 　　3大體積混凝土在溫度應力作用下形成的裂縫 　　3.1產(chǎn)生表面裂縫：大體積混凝土澆注后一段時間，內(nèi)部水化熱不易散失，外部混凝土散熱較快，水化熱溫升隨結(jié)構(gòu)厚度增加而加大，混凝土內(nèi)外形成一定的溫度梯度。無論溫升階段或溫降階段，混凝土中心溫度總是高于混凝土表面溫度。根據(jù)熱脹冷縮原理，中心部分混凝土膨脹速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心與表面各質(zhì)點間的內(nèi)約

8、束以及來自地基及其他外部邊界約束的共同作用，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應力，混凝土表面產(chǎn)生拉應力。當溫度梯度大到一定程度時，表面拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面產(chǎn)生裂縫。在升溫階段，混凝土未充分硬化，彈性模量小，徐變影響較大。因此拉應力較小，只