【正文】 根據有關調查資料顯 示，由外荷載的直接應力引起的結構裂縫約占裂縫總和的 20％ 。 2． 3． 2非荷載原因 2． 3． 2． I混凝土結構設計方面 (1)混凝土構件的約束條件就混凝土結構而言，它是由鋼筋和混凝 土共同構成的復合整體，設計人員往往從承載能力方面考慮結構的配筋情況，更注重的是鋼筋的配筋率、直徑和間距等等。但是從這兩種材料的性狀看，它們有很大差異，尤其混凝土是一種復雜的人造材料，它在硬化中因各 種原因產生不同的變形。當變形處于一種無約束下的自由變形時，對于混凝土本身而言，開裂問題顯然是不會發(fā)生的。然而，正是由于鋼筋及構件節(jié)點的作用，使混凝土結構處于一種外部約束或內部約束的作用中，從而使約束與變形這一對矛盾表現出來。當鋼筋配筋率與混凝土的收縮率相協調時，約束作用不會造成開裂，當混凝土收縮率一定，約束過大時 ，混凝土極易開裂。因此，從結構設計角度，應對構件的約束力有所要求。即就每一具體構件的設計計算時，將鋼筋約束力對混凝土開裂的影響作為因素予以重視，以便保證混凝土內不會因過大約束而增加混凝土的拉應力。荷載對水工混凝土結構裂縫成因的影響研究在變形裂縫中收縮裂縫占有 80％的比例，混凝土構件的收縮裂縫就是由于該構件受到與其相連接的其余構件的約束，使其不能在某一個或多個自由度方向上自由收縮，從而使該構件內部產生收縮應力。至于混凝土開裂與否，還要看混凝土構件中收縮應力的大小，以及混凝土抗拉強度的高低?；炷恋奶攸c是其抗拉 強度遠遠低于其抗壓強度，前者約為后者的 1／ 10。因此，當混凝土構件受到很強的約束時，構件將產生大的收縮應力，從而使混凝土構件開裂。 (2)混凝土構件的配筋率混凝土構件的配筋是混凝土自身的內部約束，它對于防止混凝土開裂有著重要意義。任何沒有荷載作用的混凝土，它的組成材料包括水泥、水、砂、石、外加劑及摻合料 6 等組分，它們通過相互物理化學作用硬化成為一種多孔隙復合材料，由于初始收縮應力作用而 形成內部許多微觀裂縫，這種裂縫在外力作用下不斷擴展，成為宏觀裂縫，繼續(xù)擴展導致素混凝土迅速破壞。但是，對于鋼筋混凝土，特別是 有充分構造配筋的鋼筋混凝土，可能出現一定程度的裂縫，但不會迅速破壞，只有限制裂縫寬度的問題，使其不達到有害的程度。因此，構造配筋顯得十分重要，它可以有效地控制裂縫的出現及分散裂縫，即用許多微細無害裂縫取代少量粗大的有害裂縫?；炷翗嫾信浣盥试酱髣t內部約束越強，收縮越小，但配筋不能過大，過大的配筋會增加混凝土的拉應力。這是因為在配筋率較低的條件下，混凝土收縮，鋼筋不收縮，其產生的收縮應力值是微小的，一般可以忽略不計；但當在混凝土構件中配筋率較高時，收縮應力值就比較可觀了。 2． 3． 2． 2 混凝土材料方面 (1)混凝土中水泥用量混凝土中的水泥用量對混凝土裂縫的影響，主要是混凝土中水泥用量較大時，在水泥硬化過程中產生較大干燥收縮，研究表明，水泥加水成為水泥硬化體的過程中，其絕對體積呈現減小趨勢。每 100 克水泥水化后的化學減縮值為 7～ 9m1；因此，水泥用量愈高，減縮值愈大。研究表明，每 100 克水泥漿體完全水化可蒸發(fā)水約 6ml。當毛細孔中的水逸出時產生毛細壓力，使水泥產生 “毛細收縮 ’，水泥愈多，毛細收縮愈大，故易引起干縮裂縫。 (2)水泥的強 度 一般情況下，強度高的水泥，其配置的混凝土強度也高，這對于提高混凝土的抗拉強度 是有利的，較高的抗拉強度有利于混凝土抵抗所受的拉應力。配制同一強度的高強混凝土，若選用低強度等級水泥則比用高強度等級水泥所需的灰水比大，所以水泥用量增加。水泥用量增加又會導致干縮加大，可見，配制高強度等級混凝土宣采用高強度等級水泥，這對于防止混凝土開裂是有利的。近年來試驗研究和工程實踐都表明隨著水泥活性和強度等級的增加，混凝土的收縮量顯著增加，并且拖延時間較長。這是因為提高水泥強度，一是靠磨細水泥顆粒，二是靠改 善水泥礦物成分的辦法。試驗表明，水泥顆粒越細，活性越大，其收縮也越大。這對于防止混凝土的開裂是不 利的。 (3)混凝土的用水量混凝土中的水主要有兩個作用。一是提供水泥水化所必需的水分，這部分水分只占混凝土中全部水分的一少部分，一般為水泥重量的 23％左右；二是為使混凝土具有一定的工作性，所加入的水，這部分水在混凝土硬化過程中，將通過混凝土內的毛細孔蒸發(fā)掉，因此，混凝土的用水量對水泥石的毛細孔量和孔徑分布有重要影響，所以也對混凝土于縮有重要影響。由于混凝土硬化后，多余的水分蒸發(fā)或殘存在混凝土中形成毛細孔或水泡，大大減少了混凝土抵抗荷載的實際有效斷面，而且可能在空隙周圍產生應力集中，使混凝土強度下降，進而造成 對混凝土抗裂性的影響。一般來說，用水量若增加 1％，混凝土干縮率增加 2％～ 3％。研究表明，用水量的影響程度顯著大于水泥用量和水灰比的影響程度，混凝土中較大的用水量使毛細孔數量顯著 7 增加，孔徑顯著變大，從而混凝土的強度降低，混凝土易開裂。 (4)水泥的水化熱使用水化熱值高的水泥，在混凝土硬化過程中將產生較大的水化熱，在溫度上升階段，由于溫度梯度的不同，使混凝土在硬化過程中產生較大的溫度應力，在溫度下降階段又產生溫差收縮。溫差收縮產生的原因是，水泥水化是放熱過程，其水化熱一般可達 165～ 250 焦爾／克，隨混凝土水泥 用量提高，其絕熱溫升可達 50～ 80。 C。研究表明，當混凝土內外溫差為 10。C 時，產生的冷縮值￡。 AT ／ Ⅱ =10／ 1X10—5=0． 01％，如溫差為 20～ 30℃ 時，其冷縮值為 O． 02～O． 03％，當由于溫差在混凝土中產生的變形值大于冷縮值時，易引起混凝土開裂。在不同混凝土構件中，水泥的水化熱對混凝土裂縫的影響也是不同的，遇到超厚的大底板或大塊式基礎，水化熱對混凝土的收縮和開裂起主導作用，因此宜選用水化熱低的粉煤灰水泥或礦渣水泥，所以，在實際工程中應根據截面的厚度分別選用不同品種的水泥。荷載對水工混凝土結構 裂縫成因的影響研究 (5)混凝土中化學外加劑的摻量人們發(fā)現，自八十年代中期推廣商品混凝土以來，結構裂縫普遍增多，這是為什么呢 ?除了與混凝土的水泥用量和砂率提高有關外，人們忽視了減水劑引起的負面影響。商品混凝土澆筑的結構開裂幾率大，與減水劑帶來負面影響有一定關系。混凝土外加劑能否對混凝土干縮性產生影響或其程度如何，隨其品種、特性、用量等而有不同，有的可能無何影響，有的可能影響較大?；炷镣饧觿炷粮煽s性影響程度，宜通過試驗來獲得。 (6)混凝土中礦物摻合料的摻量混凝土常用礦物摻合料有粒化高爐礦渣、粉煤灰、 硅粉和天然沸石粉。摻入較大數量的礦物摻合料，可改善混凝土拌合物的工作性能，適應某些新工藝及新技術的要求，降低混凝土凝結、硬化中的溫升，增進后期強度，改變混凝土內部成分或結構，從而使耐久性、抗裂性、抗硫酸鹽、氯鹽腐蝕及抑制堿骨料反應等方面，效果明顯。普通混凝土對礦物摻合料的品質要求，重點在于活性。但高性能混凝土需要很低的水膠比，首選的是需水量小的礦物摻合料。礦物摻合料對新拌高性能混凝土工作度的影響可分為兩類：有些礦物摻合料具有 “分 散減水 ”作用，有些則相反，起 “增水增稠 ”作用。由于礦物摻合料的品種、活性不同， 使得不同的礦物摻合料都有各自最佳的摻量。因此，在實際工程中，確定礦物摻合料對混凝土抗裂性的影響時，要根據摻合料的品種、質量和摻量而定。 (7)混凝土的砂率砂率對混凝土裂縫的影響主要是通過砂率在一定程度上影響混凝土的干縮變形和混凝土的工作性來體現的。水泥砂漿在混凝土拌合物中起潤滑作用，可以減少粗骨料顆粒之間的摩擦阻力，所以在一定砂率范圍內，隨著砂率的增加，水泥砂漿潤滑作用也明顯增加，提高了混凝土拌合物的流動性，但砂率過大，即砂子用量過多，此時骨料的總表面積過大，在水泥漿量不變的情況下，水泥漿量相對減少了，減弱 了水泥漿的潤滑作用，導致混凝土拌合物流動性降低?；炷敛灰渍駬v密實，造成孔洞，增大收縮，若加大水泥量也將影響混凝土的收縮。如果砂率過 8 小，即石子用量過多，砂子用量過少時，水泥砂漿的數量不足以包裹石子表面，在石子之間沒足夠的砂漿層，減弱了水泥砂漿的潤滑作用，不但會降低混凝土拌合物的流動性，而且會嚴重影響其粘聚性和保水性，容易產生離析現象。導致混凝士均質陡下降，混凝土收縮增加。由此可知，砂率過大和過小都對防止混凝土的開裂是不利的。 (8)混凝土中粗骨料的用量混凝土可以看作是由粗骨料和水泥石兩相構成的復合材料，粗骨 料的數量和性質在很大程度影響著混凝土的性質。對于同一性質的粗骨料來說，混凝土中粗骨料用量的增加有利于減少拌合需水量以及水泥量，從而減少混凝土的干縮以及發(fā)熱量，這對混凝土的抗裂 性是有利的。粗骨料的用量還影響混凝土的熱膨脹系數和彈性模量，混凝上的熱膨脹系數和彈性模量直接影響混凝土的抗裂性。熱膨脹系數小的混凝土，在同樣的溫差條件下溫度應力較小，在混凝土強度相同時，低彈性模量有利于減少溫度應力，對混凝土的抗裂有利。因此，粗骨料數量對混凝土的抗裂性有著重要的影響。 (9)混凝土中緩慢水化成分的含量混凝土中緩慢水化成 分主要是指水泥中的過燒 CaO、過燒 MgO等緩慢反應物質和水泥中過量石膏。熟料中這些過燒的成分結構致密，水化很慢，加之被熟料中其它成分所包裹，使得在水泥已經硬化后才進行熟化： CaO+H20=Ca(o 目 2 MgO+H20=Mg(OH)2 這時體積膨脹 97％以上，從而引起不均勻體積膨脹，使混凝土開裂。當石膏摻量過多時，在水泥硬化后，殘余石膏與故態(tài)水化鋁酸鈣繼續(xù)反應生成高硫型水化硫鋁酸鈣 (鈣礬石 )，體積增大約 1． 5倍，從而導致混凝土開裂。 (10)混凝土中堿含量混凝土中堿含量的高低，對混凝土的抗裂性有著重要的影響， 這主要是通過兩個方面來體現的。一是混凝土中的水化產物只有在一定的堿濃度時，才能穩(wěn)定存在，如果混凝土中堿含量降 1 氐了，水化產物也隨之分解，則水泥石受到破壞，從而混凝土開裂。二是混凝土中高的堿含量容易發(fā)生堿骨料反應，當然，堿骨料反應的發(fā)生是需要一定的條件的，即一定的堿含量、活性骨料、一定的水分。堿骨料反應的直接后果是混凝土發(fā)生開裂破壞。由于這種反應所引起的開裂破壞難以阻止，其繼續(xù)發(fā)展，且難以修補，人們稱之為混凝土的 “癌癥 ”。 (11)混凝土的密實度混凝土的密實程度對于其抗裂性影響是十分顯著的?；炷撩軐嵍鹊停?受其周圍有害介質的侵蝕，在混凝土內產生體積膨脹的產物，從而使混凝土