混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因及控制措施

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1、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因及控制措施摘要：大體積混凝土開裂后，其性能與原狀混凝土性能相差很大，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的長期安全和耐久運(yùn)行。本文分析了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因和機(jī)理，從各個環(huán)節(jié)提出了預(yù)防裂縫的綜合措施，以確?；炷临|(zhì)量，減少裂縫的發(fā)生。關(guān)鍵詞：混凝土裂縫水泥水化熱溫度應(yīng)力一、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生的原因主要有三種：由外部荷載引起的裂縫隙，按常規(guī)計算的各種荷載引起的；由于結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計模型的不同而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫；由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素產(chǎn)生的變形應(yīng)力引起的裂縫，施工中可采取措施避免。大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，由

2、于結(jié)構(gòu)截面大，水泥用量多，水泥水化釋放的水化熱能產(chǎn)生很大的溫度變化和收縮作用，是導(dǎo)致大體積混凝土溫度裂縫的主要原因。1．水化熱產(chǎn)生裂縫的機(jī)理大體積混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸較大，在施工過程中，由水泥水化過程中釋放出大量水化熱，由于體積大，熱量不易散發(fā)，造成較大溫升，從而導(dǎo)致體積增大。當(dāng)這種變形不受約束時，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部不會產(chǎn)生應(yīng)力。但實(shí)際上這種變形肯定會受到約束，約束有兩種。一是混凝土與外部環(huán)境溫度差異引起的約束；另一種是由于內(nèi)部的條件不同產(chǎn)生的約束，以上兩種約束產(chǎn)生的應(yīng)力為溫度應(yīng)力。其次，濕度變化引起的混凝土內(nèi)部各單元體之間相互約束，產(chǎn)生的應(yīng)力為干縮應(yīng)力。因?yàn)闈穸葌鲗?dǎo)

3、率遠(yuǎn)小于熱度傳導(dǎo)率，所以，它主要在混凝土表面附近：另外，混凝土自身體積變形不能自由伸縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為自身體積變形應(yīng)力；還有地基非均勻沉降、模板走樣也會產(chǎn)生變形應(yīng)力。在以上非結(jié)構(gòu)荷載作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力中，主要是溫度應(yīng)力和變形應(yīng)力。對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工，當(dāng)混凝土澆筑體邊界無約束時，在早期水化熱溫度迅速升高階段，由于混凝土內(nèi)、外散熱條件不同，形成溫度梯度，表面受拉，內(nèi)部受壓。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。在混凝土的降溫階段，混凝土的溫差引起的變形加上混凝土的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束時，在澆筑體中央斷面產(chǎn)生內(nèi)部拉應(yīng)力，當(dāng)該拉

4、應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時，混凝土整個截面就產(chǎn)生貫穿裂縫。．溫度應(yīng)力的分析根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個階段：初期：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，二是混凝土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。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)定溫度時止，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，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。后期：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力

5、與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：一是自生應(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，橋梁墩身、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。二是約束應(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。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。要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(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)值計算?；炷恋男熳兪箿?/p>

6、度應(yīng)力有相當(dāng)大的松弛，計算溫度應(yīng)力時，必須考慮徐變的影響，具體計算這里就不再細(xì)述。二、裂縫控制的基本原理及措施大體積混凝土的裂縫控制是指杜絕有害裂縫，同時減少或避免不影響使用的混凝土表面裂縫。裂縫控制原理是：降低混凝土外約束與非線性降溫和收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，提高混凝土相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸，以確保抗裂安全度要求。裂縫控制方法采取溫差與溫度應(yīng)力雙控制方法，避免結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)溫度裂縫，同時調(diào)整混凝土表面濕度以防止表面干縮裂縫。結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的主要原因是降溫和收縮。任一降溫差包含水化熱引起的溫差和收縮當(dāng)量溫差，又都可以分解為均勻降溫差和非均勻降溫差兩類。前者產(chǎn)生外約束力

7、，它成為貫穿性裂縫的主要原因；后者引起自約束力，形成表面裂縫；只有同時控制好這兩類降溫差，才能減小和避免裂縫的產(chǎn)生?？刂苹炷亮芽p，必須從混凝土產(chǎn)生裂縫的幾個主要原因入手，才能有效地將裂縫控制在充許范圍內(nèi)。一般分為兩個控制階段，設(shè)計階段和施工階段。設(shè)計階段由設(shè)計人員對混凝土強(qiáng)度等級、鋼筋的品種、規(guī)格、建筑物的結(jié)構(gòu)形式等統(tǒng)籌設(shè)計，有效進(jìn)行裂縫控制。施工階段采取加入外加劑改善混凝土性能、降低水泥水化熱、降低混凝土內(nèi)外溫差、設(shè)置施工縫或變形縫、加強(qiáng)混凝土中的配筋率等措施來減少混凝土的收縮，防止混凝土產(chǎn)生有害裂縫。1．合理設(shè)計施工配合比由于大體積混凝土各項(xiàng)指標(biāo)要求較高，并

8、普遍采用泵