【文章內(nèi)容簡介】 有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，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(duì)較大，混凝土冷 5 卻時(shí)表面的溫度低，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。 約束能力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界 的約束，不能自由變形而一起的應(yīng)力，如箱梁頂板混凝土和護(hù)攔混凝土；這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土上的干縮所引起的應(yīng)力共同作用；想要根據(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(jì)算，混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松弛，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，必須考慮徐變的影響，具體計(jì)算這里就不在細(xì)述。 水泥水化熱的影響 水泥水化過程中放出大量的熱，且主要集中在澆筑后的 7d 左右，一般每克水泥可以放出 500J 左右的熱量，如果以水泥用量 350Kg/m3～ 550 Kg/m3 來計(jì)算 ，每 m3 混凝土將放出 17500KJ～ 27500KJ 的熱量，從而使混凝土內(nèi)部升高（可達(dá) 70℃ 左右，甚至更高）。尤其對(duì)于大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會(huì)形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過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。 混凝土的收縮 混凝土在空氣中硬結(jié)時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮?；炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時(shí)（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土 開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。 外界氣溫濕度變化的影響 混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對(duì)防止混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響。混凝土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會(huì)愈高；如果外界溫度降低則又會(huì)增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度的下 降過快，會(huì)造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對(duì)混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會(huì)加速混凝土的干縮，也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因中，還有一種是由外荷載引起的應(yīng)力以及其他的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的受力裂縫。這些結(jié)構(gòu)裂縫主要包括：干燥收縮裂縫、塑性收縮裂縫、自身收縮裂縫、安定性裂縫、溫差裂縫、碳化收縮裂縫等。 6 收縮裂縫： 混凝土在逐漸散熱和硬化過程中會(huì)導(dǎo)致其體積的收縮，對(duì)于大體積混凝土，這種收縮更加明顯。如果混凝土的收縮受到外界的約束，就會(huì)在混凝土體內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的收 縮應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。影響混凝土收縮的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品種?；炷林械挠盟亢退嘤昧吭礁?，混凝土收縮就越大。水泥品種對(duì)干縮量及收縮量也有很大的影響，一般中低熱水泥和粉煤灰水泥的收縮量較小。 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?yàn)樗嗨瘯r(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 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 時(shí)，體內(nèi)相對(duì)濕度會(huì)很快降低到 80%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。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。 塑性收縮也是混凝土收縮一個(gè)主要來源。在水泥活性大、混凝土溫度較高或者水灰比較低的條件下，混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發(fā)的水分不能及時(shí)得到補(bǔ)充，這時(shí)混凝土尚處于塑性狀態(tài)，稍微受到一點(diǎn)拉力，混凝土的表面就會(huì)出現(xiàn)分布不規(guī)則的裂縫。出現(xiàn)裂縫以后，混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進(jìn)一步加快，于是裂縫迅速擴(kuò)展。所以在這種情況下混凝土澆筑后需要及早覆蓋養(yǎng)生。 溫差裂縫： 混凝土內(nèi)部和外部的溫差過大 會(huì)產(chǎn)生裂縫。溫差裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過大。特別是大體積混凝土更易發(fā)生此類裂縫。溫差的產(chǎn)生主要有三種情況：第一種是在混凝土澆筑初期，這一階段產(chǎn)生大量的水化熱，形成內(nèi)外溫差并導(dǎo)致混凝土開裂，這種裂縫一般產(chǎn)生在混凝土澆筑后的第 3 天 (升溫階段 )。另一種是在拆模前后，這時(shí)混凝土表面溫度下降很快，從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。第三種情況是當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度高達(dá)峰值后，熱量逐漸散發(fā)而達(dá)到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值即內(nèi)部溫差。這三種溫差都會(huì)產(chǎn)生裂縫，但最嚴(yán)重 7 的是水化熱引起的內(nèi)外溫 差。 安定性裂縫 安定性裂縫表現(xiàn)為龜裂，主要是由于水泥安定性不合格而引起。 第 3 章 混凝土裂縫的預(yù)防和控制 8 混凝土 裂縫應(yīng)針對(duì)成因，貫徹預(yù)防為主的原則 ， 這里主要針對(duì) 大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防和控制進(jìn)行探討和分析， 大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生是由多種因素引起的。各類裂縫產(chǎn)生的主要影響因素有幾種：一是材料型裂縫，主要由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。二是結(jié)構(gòu)型裂縫，由外荷載引起的。 對(duì)于材料型裂縫來說，主要是由溫差和收縮引起，所以為了防止裂 縫的產(chǎn)生，就要最大限度的降低溫差和減小混凝土的收縮，具體可采取如下控制措施： 大體積混凝土的配制 大體積混凝土所選用的原材料應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ① 粗骨料宜采用連續(xù)級(jí)配，細(xì)骨料宜采用中砂。 ② 外加劑宜采用緩凝劑、減水劑；摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等。 ③ 大體積混凝土在保證混凝土強(qiáng)度及坍落度要求的前提下，應(yīng)提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量。 ④ 水泥應(yīng)盡量選用水化熱低、凝結(jié)時(shí)間長的水泥，優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。 大體積混凝土的澆筑 澆筑方案，除應(yīng)滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實(shí)完畢外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)大小、鋼筋疏密、預(yù)埋管道和地腳螺栓的留設(shè)、混凝土供應(yīng)情況以及水化熱等因素的影響，常采用的方法有以下幾種： （ 1） 全面分層 即在第一層全面澆筑全部澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，此時(shí)應(yīng)使第一層混凝土還未初凝，如此逐層連續(xù)澆筑，直至完工為止。采用這種方案，適用于結(jié)構(gòu)的平面尺寸一般不宜太大，施工時(shí)從短邊開始，沿長邊推進(jìn)比較合適。必要時(shí)可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時(shí)進(jìn)行澆筑。 （ 2） 分段分層 混 凝土澆筑時(shí)，先從底層開始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數(shù)較多，所以澆筑到頂后，第一層末端的混凝土還未初凝，又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時(shí)間內(nèi)要求供應(yīng)的混凝土較少，不象第一種方案那樣集中。這種方案適用于結(jié)構(gòu)物厚度不太大而面積或長度較大的工程。 （ 3） 斜面分層 要求斜面的坡度不大于 1/3，適用于結(jié)構(gòu)