【文章內容簡介】 有任何約束或完全靜止的結構，如果內部溫度是非線性分布的，由于結構本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應力。例如，橋梁墩身，結構尺寸相對較大，混凝土冷 5 卻時表面的溫度低，內部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應力，在中間出現(xiàn)壓應力。 約束能力：結構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力，如箱梁頂板混凝土和護攔混凝土；這兩種溫度應力往往和混凝土上的干縮所引起的應力共同作用；想要根據(jù)已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較復雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗或數(shù)值計算，混凝土的徐變使溫度應力有相當大的松弛，計算溫度應力時，必須考慮徐變的影響，具體計算這里就不在細述。 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 來計算 ，每 m3 混凝土將放出 17500KJ～ 27500KJ 的熱量，從而使混凝土內部升高（可達 70℃ 左右，甚至更高）。尤其對于大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象更加嚴重。因為混凝土內部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內部產(chǎn)生壓應力，表面產(chǎn)生拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。 混凝土的收縮 混凝土在空氣中硬結時體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力的情況下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產(chǎn)生拉應力，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硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。 外界氣溫濕度變化的影響 混凝土結構在施工期間，外界氣溫的變化對防止混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響?；炷羶炔康臏囟仁怯蓾仓囟取⑺嗨療岬慕^熱溫升和結構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系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內外溫度梯度。如果外界溫度的下 降過快，會造成很大的溫度應力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產(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力以及其他的結構次應力造成的受力裂縫。這些結構裂縫主要包括：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導致其體積的收縮，對于大體積混凝土，這種收縮更加明顯。如果混凝土的收縮受到外界的約束，就會在混凝土體內產(chǎn)生相應的收 縮應力，當產(chǎn)生的收縮應力超過當時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產(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，導致混凝土體的相對濕度降低及體積減小而 最終自身收縮。水灰比對自身收縮影響較大，一般來說，當水灰比大于 時，其自干燥作用和自身收縮與干縮相比小得可以忽略不計；但是當水灰比小于 時，體內相對濕度會很快降低到 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，就要使應力增大，所以在水工大壩施工時早就將自身收縮作為一項性能指標進行測定和考慮。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)的水分不能及時得到補充，這時混凝土尚處于塑性狀態(tài)，稍微受到一點拉力，混凝土的表面就會出現(xiàn)分布不規(guī)則的裂縫。出現(xiàn)裂縫以后，混凝土體內的水分蒸發(fā)進一步加快，于是裂縫迅速擴展。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： 混凝土內部和外部的溫差過大 會產(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，形成內外溫差并導致混凝土開裂，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，這時混凝土表面溫度下降很快，從而導致裂縫產(chǎn)生。第三種情況是當混凝土內部溫度高達峰值后，熱量逐漸散發(fā)而達到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值即內部溫差。這三種溫差都會產(chǎn)生裂縫，但最嚴重 7 的是水化熱引起的內外溫 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 混凝土裂縫的預防和控制 8 混凝土 裂縫應針對成因，貫徹預防為主的原則 ， 這里主要針對 大體積混凝土結構裂縫的預防和控制進行探討和分析， 大體積混凝土結構裂縫發(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，主要由溫度應力和混凝土的收縮引起的。二是結構型裂縫，由外荷載引起的。 對于材料型裂縫來說，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注意以下幾點： ① 粗骨料宜采用連續(xù)級配，細骨料宜采用中砂。 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度及坍落度要求的前提下，應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 水泥應盡量選用水化熱低、凝結時間長的水泥，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、火山灰質硅酸鹽水泥等。 大體積混凝土的澆筑 澆筑方案，除應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完畢外，還應考慮結構大小、鋼筋疏密、預埋管道和地腳螺栓的留設、混凝土供應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，此時應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，適用于結構的平面尺寸一般不宜太大，施工時從短邊開始，沿長邊推進比較合適。必要時可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時進行澆筑。 （ 2） 分段分層 混 凝土澆筑時，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間內要求供應的混凝土較少，不象第一種方案那樣集中。這種方案適用于結構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，適用于結構