摘要：混凝土的主要缺點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度低，難以獨(dú)立承擔(dān)拉應(yīng)力，易于開裂。而本文正是針對(duì)混凝土裂縫形成機(jī)理的研究。

　　關(guān)鍵詞：混凝土,裂縫,形成機(jī)理

　　1.混凝土裂縫形成機(jī)理

　　1.1混凝土裂縫的分類情況

　　混凝土裂縫可按產(chǎn)生原因、有害程度、深度與結(jié)構(gòu)截面尺寸關(guān)系等因素進(jìn)行分類，不同的分類標(biāo)準(zhǔn)表征著不同的意義。

　　1.1.1按產(chǎn)生原因分類

　　(l)荷載作用引發(fā)的裂縫(結(jié)構(gòu)性裂縫約占10%);

　　(2)變形作用引發(fā)的裂縫(非結(jié)構(gòu)性裂縫約占80%);

　　(3)混合作用(荷載與變形共同作用)所致的裂縫(約占5%一10%);

　　(4)堿骨料反應(yīng)造成的裂縫(AAR、ASR堿硅酸反應(yīng)、堿碳酸鹽反應(yīng)，超量CaO，MgO膨脹應(yīng)力引起的裂縫所占比例小于1%);

　　(5)慣性力引起的裂縫。

　　1.1.2按裂縫的有害程度分類

　　(1)有害裂縫(輕度，其寬度略超規(guī)定20%;中度。超規(guī)定50%;重度，超規(guī)定100%)指貫穿結(jié)構(gòu)截面的裂縫及淺層裂縫(抵達(dá)受力鋼筋部位)，對(duì)有抗?jié)B、防腐、防輻射有特殊要求的有害裂縫寬度應(yīng)根據(jù)具體要求專門規(guī)定;

　　(2)無(wú)害裂縫(微觀裂縫，表面裂縫，一定程度宏觀裂縫)，微觀裂縫屬于混凝土這種脆性材料的固有缺陷，它的寬度只有2月m一5月m，主要有粘著裂縫、水泥石裂縫和骨料裂縫三種，以上三種微觀裂縫，以粘著裂縫和水泥石裂縫居多，而骨料裂縫較少。微觀裂縫在混凝土中的分布是不規(guī)則的，沿截面是不貫穿的。因此，有微觀裂縫的混凝土可以承受拉力，但結(jié)構(gòu)物的某些受拉力較大的薄弱環(huán)節(jié)，微觀裂縫在拉力作用下，很容易申連貫穿全截面，最終導(dǎo)致較早的斷裂。當(dāng)表面裂縫超過(guò)允許寬度，長(zhǎng)度較短，斷斷續(xù)續(xù)，對(duì)使用功能有影響時(shí)，仍按有害裂縫處理。

　　1.1.3按裂縫深度(h)與截面厚度(H)關(guān)系分類

　　(l)表面裂縫(h三0.IH)，混凝上內(nèi)部溫度高、表面溫度低，則形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，而表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

　　(2)淺層裂縫(h<0.5H)，此類裂縫并不會(huì)危及結(jié)構(gòu)的安全，但因其有進(jìn)一步發(fā)展的可能性，必須適當(dāng)加以控制。

　　(3)深層裂縫 (0.SH三h

　　(4)貫穿裂縫(h=H)，混凝土澆筑一定時(shí)間后，水泥水化熱基本已釋放，混凝土從最高溫度開始逐漸降溫，降溫的結(jié)果引起混凝土收縮，再加上混凝土中多余水分蒸發(fā)等引起的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束，不能自由變形，導(dǎo)致產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過(guò)混凝土即時(shí)極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土整個(gè)截面就會(huì)產(chǎn)生貫穿性裂縫。貫穿裂縫是危害最大的一種裂縫，它切斷了結(jié)構(gòu)的全斷面，破壞了結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性、防水性等，影響結(jié)構(gòu)的正常使用[27l。所以，應(yīng)當(dāng)采取一切措施，堅(jiān)決控制貫穿裂縫的產(chǎn)生。

　　2.大體積混凝土溫度裂縫成因分析

　　大體積混凝土早期溫度裂縫的產(chǎn)生與多種因素相關(guān)聯(lián)，主要涉及水泥水化熱、內(nèi)外約束情況、外界氣溫走勢(shì)、鹼收縮變形等方面

　　3.水泥水化熱的影響

　　水泥在水化反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量的水化熱，這成為大體積混凝土內(nèi)部溫升的主要熱量來(lái)源，試驗(yàn)證明每克普通硅酸鹽水泥放出的熱量可達(dá)500J。由于大體積混凝土截面尺寸大及混凝土導(dǎo)熱性能較差，水化熱集聚在硅結(jié)構(gòu)內(nèi)部難以散失，所以會(huì)引起混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度急驟攀升。實(shí)測(cè)資料顯示l29]，由水化熱引發(fā)的溫升值，在水利水電工程中大都集中于15℃一25℃，而在建筑工程中絕大多數(shù)在20℃一30℃之間。水泥水化熱引起的混凝土溫升與所采用的水泥品種和水泥用量有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)水泥中的硅酸三鈣和鋁酸三鈣的含量高時(shí)，水化熱就會(huì)較大，而且集中在早期;混凝土中水泥用量大，水化熱也會(huì)隨之增大。大體積混凝土測(cè)溫試驗(yàn)研究表明，水泥水化熱在1一3d內(nèi)放出的熱量最多，大約占總水化熱量的50%左右，而且在此期間溫升梯度最大;混凝土內(nèi)部溫度極值一般出現(xiàn)在澆筑完成后的3~5d內(nèi)。

　　4.內(nèi)外約束條件的影響

　　混凝土內(nèi)外溫度的升降與必然引起體積變化，在收與縮的變形過(guò)程中，限制其自由變形的阻力即來(lái)自于約束作用，按照約束因素在混凝土體內(nèi)與體外的不同，可以將其分為內(nèi)約束與外約束。大體積混凝土結(jié)構(gòu)與其體外結(jié)構(gòu)之間的約束作用稱為外約束。混凝土內(nèi)部各單元之間的相互約束稱為內(nèi)約束。按照約束對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的限制程度，可以將外約束分為自由體、彈性約束、全約束三類因閱。

　　澆筑成型之后的大體積混凝土結(jié)構(gòu)與地基緊密相連，當(dāng)其由溫度變化所致的體積變形受到下部接觸面層的阻礙時(shí)，外約束應(yīng)力便會(huì)立即出現(xiàn)，并且它的大小與結(jié)構(gòu)變形程度成正比。混凝土結(jié)構(gòu)受到早期溫升作用后體積會(huì)發(fā)生膨脹，此時(shí)結(jié)構(gòu)與外約束面之間的約束力為壓應(yīng)力，由于開始時(shí)混凝土的彈性模量較小，應(yīng)力松弛與徐變相對(duì)較大，繼而使得混凝土結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)面層之間的連接不夠緊密，故這一階段的壓應(yīng)力較小。然而，當(dāng)砼內(nèi)部溫度走低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，如果大于砼的即時(shí)極限抗拉強(qiáng)度值，砼結(jié)構(gòu)必將出現(xiàn)深度垂直裂縫。

　　當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)的變形處于全約束的情形下時(shí)，結(jié)構(gòu)的形變等于溫差與砼線膨脹系數(shù)之積，即 若 :值大于砼的極限拉伸值 ，裂縫便會(huì)出現(xiàn)。一般情況下，全約束條件是不可能出現(xiàn)的，加之混凝土尚有徐變變形的影響，因而即使砼結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差達(dá)到25一30℃，也并不一定會(huì)產(chǎn)生裂縫。據(jù)此可知，設(shè)法改善砼結(jié)構(gòu)的約束狀況與其里表溫差，是大體積砼裂控工作的重點(diǎn)內(nèi)容。

　　5.外界環(huán)境溫度走勢(shì)的影響

　　處于施工期的大體積混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)外界環(huán)境溫度的走勢(shì)十分敏感，外界氣溫的波動(dòng)是大體積混凝土裂縫形成的主要誘因之一[34]。水泥水化熱的絕熱溫升、硅的澆筑溫度及結(jié)構(gòu)物的散熱溫度疊加后構(gòu)成了混凝土的內(nèi)部溫度。硅的澆筑溫度與夕卜界環(huán)境溫度緊密相關(guān)，外界環(huán)境溫度值越高，鹼的澆筑溫度也越高;當(dāng)遇到外界溫度下降的天氣時(shí)，混凝上的降溫幅度將會(huì)增大，尤其是環(huán)境溫度驟降，會(huì)大幅度提高混凝土里表的溫差梯度，隨之伴生超限的溫度應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度裂縫。

　　由于截面尺寸大，水化熱難以散失等不良因素的作用，致使大體積混凝土的內(nèi)部溫度極值可達(dá)到80℃以上，而且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)閱。因此，研究和采取合理的溫度控制措施，嚴(yán)格控制混凝土面層溫度與外界氣溫的差值，是防止混凝土裂縫產(chǎn)生的另一個(gè)重要措施。

　　6.混凝土收縮變形的影響

　　混凝土收縮變形的影響，主要包括沉縮變形、干縮變形及水泥的合縮三個(gè)方面。

　　6.1混凝土的沉縮變形

　　混凝土拌合物是固體顆粒(水泥和集料)、水和空氣交混而成的三相體系。澆灌成型后，絕大部分空氣逸出，固體粒子互相接觸，形成一個(gè)孔隙中充滿著水的空間構(gòu)架。

　　6.2混凝土的干縮變形

　　混凝土硬化以后，仍然含有相當(dāng)數(shù)量的可以蒸發(fā)的水。如果暴露在干燥空氣之中(相對(duì)濕度低于95%)，這些水必將逐漸蒸發(fā)離去。與此同時(shí)，混凝土的外包體積將有相應(yīng)的減縮。這種體積變化稱為混凝土的干縮。單位體積混凝土發(fā)生的體積減縮除以3稱為干縮率。

　　6.3水泥的合縮

　　水泥化合物與水化合時(shí)，只有一部分水進(jìn)入反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，而另外還需要一部分水用以填補(bǔ)反應(yīng)物結(jié)構(gòu)中的空格而被耗費(fèi)掉。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]李志清等.大體積混凝土底板施工裂縫的控制[J].沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，16(l):14一16.

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　　[3]馮乃謙.新實(shí)用混凝土大全「M〕.北京:科學(xué)出版社，2005:336一338.