【文章內(nèi)容簡介】 相 同 ， 具 體 如 下 ： 美 國 混 凝 土 協(xié) 會(huì) （ A C I ） 以 對(duì) 大 體 積 混 凝 土 的 定 義 為 ： 體 積 大 到 必 須 對(duì) 水 泥 的 水 化 熱 及 其 帶 來 的 相 應(yīng) 體 積 變 化 采 取 措 施 ，才能 盡 量 減 少 開 裂 的 一 類 混 凝 土 。 日 本 建 筑 學(xué) 會(huì) 標(biāo) 準(zhǔn) （ J A S S S ） 規(guī) 定 ： 結(jié) 構(gòu) 斷 面 最 小 尺 寸 在 8 0 c m 以 上 ， 水 化 熱 引 起 的 混 凝 土 內(nèi) 的 最 高 溫 度 與 外 界 氣 溫 之 差 ， 預(yù) 計(jì) 超 過 2 5 ℃ 的 混 凝 土 ， 稱 為 大 體 積 混 凝 土 。 國 際 預(yù) 應(yīng) 力 協(xié) 會(huì) （ F I P ） [規(guī) 定： “ 凡 是 混 凝 土 一 次 澆 筑 最 小 尺 寸 大 于 0 . 6 m ， 特 別 是 水 泥 用 量 大 于 4 0 0 k g / m 3 時(shí) ， 應(yīng) 考 慮 采 用 水 化 放 熱 慢 的 水 泥 或 采 取 其 它 降 溫 散 熱 措 施 ” 5]。 大體積混凝土開裂機(jī)理 分析 混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)和使用中出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫，這是一個(gè)相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。 一般來說大體積混凝土開裂主要有溫度裂縫、收縮裂縫以及結(jié)構(gòu)裂縫。 溫度裂縫 大體積混凝土的裂縫成因 較為 復(fù)雜， 影響因素也較 多。但主要由 以下因素引起的 [5]： （ 1） 水泥的水化熱 大體積 混 凝 土 在 澆 筑 凝 結(jié) 后 ， 水 泥 在 水 化 過 程 中 會(huì) 釋 放 大 量 的 水 化 熱 。 而 大 體 積 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 物 斷 面 尺 寸 較 大 較 厚 ， 水 泥 釋 放 的 熱 量 聚 集 在 混 凝 土 內(nèi) 部 不 易 散 發(fā) ， 使 結(jié) 構(gòu) 物 內(nèi) 部 溫 度 急 劇 升 高 ， 通 常 在 3 5 日 內(nèi) 溫 度 達(dá) 到 最 高 值 。 溫 度 變 化 產(chǎn) 生 體 積 脹 縮 ， 受 到 約 束 而 產(chǎn) 生 壓 應(yīng) 力 。 混 凝 土 在 澆 筑 初 期 ， 由 于 它 是 熱 的 不 良 導(dǎo) 體 ， 其 強(qiáng) 度 和 彈 性 模 量 都 很 低 ， 對(duì) 水 化 熱 引 起 的 急 劇 溫 變 約 束 不 大 ， 相 應(yīng) 的 溫 度 應(yīng) 力 也 小 。 隨 著 混 凝 土 齡 期 的 增 長 、 彈 性 模 量 和 強(qiáng) 度 的 提 高 ， 對(duì) 混 凝 土 內(nèi) 部 降 溫 收 縮 的 約 束 愈 來 愈 大 ， 以 致 產(chǎn) 生 很 大 的 拉 應(yīng) 力 。 拉 應(yīng) 力 超 過 此 時(shí) 混 凝 土 的 極 限 抗 拉 強(qiáng) 度 就 產(chǎn) 生 溫 度 裂縫。 （ 2） 約束條件 在大體積 混 凝 土 中 ， 一 般 有 內(nèi) 部 約 束 和 外 部 約 束 兩 種 情 況 。 內(nèi) 部 約 束 是 由 于 內(nèi) 部 水 泥 水 化 熱 不 易 散 發(fā) ， 表 面 則 易 散 發(fā) ， 使 表 面 溫 度 低 于 內(nèi) 部 ， 即 由 溫 差 形 成 。 相 對(duì) 而 言 ， 內(nèi) 部 體 積 膨 脹 受 表 面 約 束 處 于 受 壓 狀 態(tài) ， 表 面 體 積 則 收 縮 （ 特 別 是 遇 氣 溫 驟 降 ， 或 過 水 ） 受 內(nèi) 部 約 束 ， 產(chǎn) 生 拉 應(yīng) 力 [ 6] 。 澆 筑 在 基 巖 或 老 混 凝 土 上 的 混 凝 土 ， 在 淺析大體積混凝土裂縫 6 逐 步 降 溫 的 過 程 中 ， 將 會(huì) 冷 縮 ， 但 由 于 受 到 基 巖 或 老 混 凝 土 的 約 束 ， 將 會(huì) 產(chǎn) 生 拉 應(yīng) 力 。 當(dāng) 其 超 過 混 凝 土 的 極 限 抗 拉 強(qiáng) 度 時(shí) ， 就 可 能 出 現(xiàn) 貫 穿 性 裂 縫 。 這 種 溫 度 變 形 約 束 是 外 部 約 束。 （ 3） 環(huán)境溫度的變化 大體積混凝土結(jié)構(gòu) 在 施 工 階 段 ， 受 外 界 氣 溫 的 變 化 影 響 很 大 。 外 界 氣 溫 愈 高 ， 混 凝 土 的 澆 筑 溫 度 也 愈 高 ； 如 外 界 溫 度 下 降 ， 又 增 加 混 凝 土 的 降 溫 幅 度 ， 特 別 是 氣 溫 驟 降 會(huì) 大 大 增 加 外 層 混 凝 土 與 內(nèi) 部 混 凝 土 的 溫 度 梯 度 ， 這 對(duì) 大 體 積 混 凝 土 極 為 不 利 。 混 凝 土 的 內(nèi) 部 溫 度 是 澆 筑 溫 度 、 水 化 熱 的 絕 熱 溫 度 和 結(jié) 構(gòu) 散 熱 降 溫 等 各 種 溫 度 的 疊 加 之 和 ， 而 溫 度 應(yīng) 力 則 是 由 溫 差 所 引 起 的 溫 度 變 形 造 成 的 ， 溫 差 愈 大 ， 溫 度 應(yīng) 力 也 愈 大 。 同 時(shí) ， 在 高 溫 條 件 下 ， 大 體 積 混 凝 土 不 易 散 熱 。 混 凝 土 內(nèi) 部 的 最高溫度一般可達(dá) 6065℃ [7]， 防止混凝土內(nèi)外溫差引起的過大溫度應(yīng)力就顯得更為重要。 （ 4） 混凝土的收縮變形 混凝土的 拌 和 水 中 ， 約 2 0 % 的 水 分 是 水 泥 硬 化 所 必 需 的 ， 其 余 8 0 % 的 水 分 要 蒸 發(fā)。 混 凝 土 水 化 作 用 時(shí) 產(chǎn) 生 的 體 積 變 形 稱 為 “ 自 身 體 積 變 形 ” 。 該 變 形 多 數(shù) 是 收 縮 變 形 ， 少 數(shù) 是 膨 脹 變 形 ， 這 主 要 取 決 于 膠 泥 材 料 的 性 質(zhì) 。 混 凝 土 中 多 余 水 分 的 蒸 發(fā) 是 引 起 結(jié) 構(gòu) 體 積 干 縮 變 形 開 裂 的 主 要原因之一。 溫度裂縫 的 走 向 通 常 無 一 定 規(guī) 律 ， 大 面 積 結(jié) 構(gòu) 裂 縫 常 縱 橫 交 錯(cuò) ； 梁 板 類 長 度 尺 寸 較 大 的 結(jié) 構(gòu) ， 裂 縫 多 平 行 于 短 邊 ； 深 入 和 貫 穿 性 的 溫 度 裂 縫 一 般 與 短 邊 方 向 平 行 或 接 近 平 行 ， 裂 縫 沿 著 長 邊 分 段 出 現(xiàn) ， 中 間 較 密 。 裂 縫 寬 度 大 小 不 一 ， 受 溫 度 變 化 影 響 較 為 明 顯 ， 冬 季 較 寬 ， 夏 季 較 窄 。 高 溫 膨 脹 引 起 的 混 凝 土 溫 度 裂 縫 是 通 常 中 間 粗 兩 端 細(xì) ， 而 冷 縮 裂 縫 的 粗 細(xì) 變 化 不 太 明 顯 。 此 種 裂 縫 的 出 現(xiàn) 會(huì) 引 起 鋼 筋 的 銹 蝕 ， 混 凝 土 的 碳 化 ， 降 低 混 凝 土 的 抗 凍 融 、 抗 疲 勞 及 抗?jié)B能力等。 收縮裂縫 自身收縮是 混 凝 土 收 縮 的 一 個(gè) 主 要 來 源 。 自 身 收 縮 與 干 縮 一 樣 ， 是 由 于 水 的 遷 移 而 引 起 的 。 但 它 不 是 由 于 水 向 外 蒸 發(fā) 散 失 ， 而 是 因 為 水 泥 水 化 時(shí) 消 耗 水 分 造 成 凝 膠 孔 的 液 面 下 降 形 成 彎 月 面 ， 產(chǎn) 生 所 謂 的 自 干 燥 作 用 ， 導(dǎo) 致 混 凝 土 體 的 相 對(duì) 濕 度 降 低 及 體 積 減 小 而 最 終 自 身 收 縮 。 水 灰 比 對(duì) 自 身 收 縮 影 響 較 大 ， 一 般 來 說 ， 當(dāng) 水 灰 比 大 于 0 . 5 時(shí) ， 其 自 干 燥 作 用 和 自 身 收 縮 與 干 縮 相 比 小 得 可 以 忽 略 不 計(jì) ； 但 是 當(dāng) 水 灰 比 小 于 0 . 3 5 時(shí) ， 體 內(nèi) 相 對(duì) 濕 度 會(huì) 很 快 降 低 到 8 0 % 以 下 ， 自 身 收 縮 與 干 縮 則 幾 乎 各 占 一 半 。 自 身 收 縮 主 要 發(fā) 生 在 混 凝 土 拌 合 后 的 初 期 。 因 此 在 模 板 拆 除 之 前 ， 混 凝 土 的 淺析大體積混凝土裂縫 7 自 身 收 縮 大 部 分 甚 至 全 部 已 經(jīng) 完 成 。 在 大 體 積 混 凝 土 里 ， 即 使 水 灰 比 并 不 低 ， 自 身 收 縮 量 值 也 不 大 ， 但 是 它 與 溫 度 收 縮 疊 加 到 一 起 ， 就 要 使 應(yīng) 力 增 大 ， 所 以 在 水 工 大 壩 施 工 時(shí) 早 就 將 自 身 收 縮 作 為 一 項(xiàng) 性 能 指 標(biāo) 進(jìn) 行 測(cè) 定 和 考 慮 [ 8] 。 但 是 ， 許 多 斷 面 尺 寸 雖 不 很 大 ， 且 水 灰 比 也 不 算 小 的 混 凝 土 ， 也 必 須 考 慮 水 化 熱 及 隨 之 引 起 的 體 積 變 形 問 題 ， 以 最 大 限 度 減 少 開 裂 影 響 ， 也 需 要 考 慮 將 溫 度 收 縮 和 自 身 收 縮 疊 加 的 影響。 干縮裂縫多 出 現(xiàn) 在 混 凝 土 養(yǎng) 護(hù) 結(jié) 束 后 的 一 段 時(shí) 間 或 是 混 凝 土 澆 筑 完 畢 后 的 一 周 左 右 。 水 泥 漿 中 水 分 的 蒸 發(fā) 會(huì) 產(chǎn) 生 干 縮 ， 且 這 種 收 縮 是 不 可 逆 的 。 干 縮 裂 縫 的 產(chǎn) 生 主 要 是 由 于 混 凝 土 內(nèi) 外 水 分 蒸 發(fā) 程 度 不 同 而 導(dǎo) 致 變 形 不 同 的 結(jié) 果 ： 混 凝 土 受 外 部 條 件 的 影 響 ， 表 面 水 分 損 失 過 快 ， 變 形 較 大 ， 內(nèi) 部 濕 度 變 化 較 小 變 形 較 小 ， 較 大 的 表 面 干 縮 變 形 受 到 混 凝 土 內(nèi) 部 約 束 ， 產(chǎn) 生 較 大 拉 應(yīng) 力 而 產(chǎn) 生 裂 縫 。 相 對(duì) 濕 度 越 低 ， 水 泥 漿 體 干 縮 越 大 ， 干 縮 裂 縫 越 易 產(chǎn) 生 。 干 縮 裂 縫 多 為 表 面 性 的 平 行 線 狀 或 網(wǎng) 狀 淺 細(xì) 裂 縫 ， 寬 度 多 在 0 . 0 5 ~ 0 . 2 m m 之 間 ， 大 體 積 混 凝 土 中 平 面 部 位 多 見 ， 較 薄 的 梁 板 中 多 沿 其 短 向 分 布 。 干 縮 裂 縫 通 常 會(huì) 影 響 混 凝 土 的 抗 滲 性 ， 引 起 鋼 筋 的 銹 蝕 影 響 混 凝 土 的 耐 久 性 ， 在 水 壓 力 的 作 用 下 會(huì) 產(chǎn) 生 水 力 劈 裂 影 響 混 凝 土 的 承 載 力 等 等 [ 9] 。 混 凝 土 干 縮 主 要 和 混 凝 土 的 水 灰 比 、 水 泥 的 成 分 、 水 泥 的 用 量 、 集 料 的 性 質(zhì) 和 用 量 、 外 加 劑 的 用 量 等 有 關(guān) 。 水 灰 比 的 變 化 對(duì) 干 縮 和 自 縮 的 影 響 正 相 反 ， 即 當(dāng) 混 凝 土 的 水 灰 比 降 低 時(shí) 干 縮 減 小 ， 而 自 縮增大。 塑性收縮是指 混 凝 土 在 凝 結(jié) 之 前 ， 表 面 因 失 水 較 快 而 產(chǎn) 生 的 收 縮 。 塑 性 收 縮 裂 縫 一 般 在 干 熱 或 大 風(fēng) 天 氣 出 現(xiàn) ， 裂 縫 多 呈 中 間 寬 、 兩 端 細(xì) 且 長 短 不 一 ， 互 不 連 貫 狀 態(tài) 。 較 短 的 裂 縫 一 般 長 2 0 ~ 3 0 c m ， 較 長 的 裂 縫 可 達(dá) 2 ~ 3 m ， 寬 1 ~ 5 m m 。 其 產(chǎn) 生 的 主 要 原 因 為 ： 混 凝 土 在 終 凝 前 幾 乎 沒 有 強(qiáng) 度 或 強(qiáng) 度 很 小 ， 或 者 混 凝 土 剛 剛 終 凝 而 強(qiáng) 度 很 小 時(shí) ， 受 高 溫 或 較 大 風(fēng) 力 的 影 響 ， 混 凝 土 表 面 失 水 過 快 ， 造 成 毛 細(xì) 管 中 產(chǎn) 生 較 大 的 負(fù) 壓 而 使 混 凝 土 體 積 急 劇 收 縮 ， 而 此 時(shí) 混 凝 土 的 強(qiáng) 度 又 無 法 抵 抗 其 本 身 收 縮 ， 因 此 產(chǎn) 生 龜 裂 。 影 響 混 凝 土 塑 性 收 縮 開 裂 的 主 要 因 素 有 水 灰 比 、 混 凝 土 的 凝 結(jié) 時(shí) 間 、 環(huán) 境 溫 度 、 風(fēng) 速 、 相 對(duì) 濕度等等。 結(jié)構(gòu)裂縫 結(jié)構(gòu)裂縫一般分為 結(jié) 構(gòu) 沉 陷 裂 縫 和 由 荷 載 計(jì) 算 差 錯(cuò) 引 起 的 。 由 于 基 礎(chǔ) 沉 降 和 模 板 支 設(shè) 等 原 因 產(chǎn) 生 的 結(jié) 構(gòu) 裂 縫 較 荷 載 計(jì) 算 差 錯(cuò) 的 產(chǎn) 生 的 裂 縫 多 ， 這 種 結(jié) 構(gòu) 性 裂 縫 一 般 不 會(huì) 發(fā) 生 ， 但 如 果 發(fā) 生 ， 后 果將是不堪設(shè)想。 沉陷裂縫