【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的溫度裂縫，是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果。一方面是混凝土由于內(nèi)外溫差產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，另一方面是結(jié)構(gòu)的外約束和混凝土各質(zhì)點(diǎn)的約束阻止了這種應(yīng)變，一旦溫度應(yīng)力超過混凝土能承受的極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生不同程度的裂縫。 水化熱的影響水泥在水化反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。這是大體積混凝土內(nèi)部溫升的主要熱量來源。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厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā)，所以會(huì)引起混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部急驟升溫。在水利工程中一般為 15~25℃ [7]。而建筑工程中一般為 20~30℃，甚至更高。試驗(yàn)表明，水泥水化熱在 1~3 天內(nèi)放出的熱量最多，大約占總熱量的 50%左右，混凝土澆筑后的 3~5 天內(nèi)，混凝土內(nèi)部溫度最高。建筑結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)日趨提高，但有許多結(jié)構(gòu)不適當(dāng)?shù)倪x擇了過高的強(qiáng)度等級(jí)。習(xí)慣上認(rèn)為：“強(qiáng)度等級(jí)越高安全度越大，就高不就低，提高混凝土強(qiáng)度沒壞處”。 內(nèi)外約束的影響各種混凝土結(jié)構(gòu)在變形變化中，必然受到一定的約束，從而阻礙其自由變形，阻礙變形的因素稱為約束條件。約束又分為內(nèi)約束和外約束。1).外約束一個(gè)物體的變形受到其他物體的阻礙，一個(gè)結(jié)構(gòu)的變形受到另一個(gè)結(jié)構(gòu)的阻礙，這種結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間，物體與物體之間的相互牽制作用稱作“外約束”。由于各種建筑結(jié)構(gòu)所處的具體條件不同，便在結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生不同程度的約束，按約束程度的大小，外約束又分為無約束（自由體）、彈性約束和全約束（嵌固體）三種。2).內(nèi)約束一個(gè)物體或一個(gè)構(gòu)件本身各質(zhì)點(diǎn)之間的相互約束作用，稱為“內(nèi)約束”。沿著一個(gè)構(gòu)件截面各點(diǎn)可能有不同的溫度和收縮變形，引起連續(xù)介質(zhì)各點(diǎn)間的內(nèi)約束應(yīng)力。結(jié)構(gòu)物的裂縫中，非貫穿的表面裂縫占 60%~70%。其開裂原因主要是變形變化引起的自約束應(yīng)力。當(dāng)各種大體積混凝土厚度大于或等于 500ｍｍ時(shí)，就可能由于水化熱的不均勻降溫和不均勻收縮引起的顯著的自約束應(yīng)力，導(dǎo)致表面開裂。 外界氣溫變化的影響大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工階段，外界氣溫的變化對(duì)防止大體積混凝土開裂有著重大影響。因?yàn)橥饨鐨鉁赜撸炷恋臐仓囟纫灿?；而如果外界溫度下降，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，因而會(huì)造成過渡的溫度應(yīng)力，易使大體積混凝土出現(xiàn)裂縫?；炷恋膬?nèi)部溫度是由水化熱的絕熱溫升、澆筑溫度和結(jié)構(gòu)物的散熱溫度等各種溫度的疊加之和組成，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，大體積混凝土由于厚度大，不易散熱。 混凝土的收縮變形影響1).混凝土的收縮大部分混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的原因是由于變形作用引起的，而變形作用包括溫度、濕度及不均勻沉降等。在幾種變形中，濕度變化引起的裂縫又占主要部分?；炷林匾M成部分是水泥和水，通過水泥和水的水化作用，形成膠凝材料，將松散的砂石骨料膠合成為人工石體——混凝土?；炷林泻写罅靠障?、粗孔、及毛細(xì)孔，這些空隙中存在水分，水分的活動(dòng)影響到混凝土的一系列性質(zhì)，特別是產(chǎn)生“濕度變形”的性質(zhì)對(duì)裂縫控制有重要作用?；炷林械乃钟谢瘜W(xué)結(jié)合水、物理—化學(xué)結(jié)合水和物理力學(xué)結(jié)合水三種。2).收縮的種類①自生收縮混凝土硬化過程中由于化學(xué)作用引起的收縮，是化學(xué)結(jié)合水與水泥的化合結(jié)果，也稱為硬化收縮，這種收縮與外界濕度變化無關(guān)。②塑性收縮混凝土澆筑后 4~15 小時(shí)左右，水泥水化反應(yīng)激烈，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)現(xiàn)象，引起失水收縮，是在初凝過程中發(fā)生的收縮，也稱之為凝縮，此時(shí)骨料與膠合料之間也產(chǎn)生不均勻的沉縮變形，都發(fā)生在混凝土終凝之前，即塑性階段，故稱為塑性收縮。③碳化收縮大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形稱為碳化收縮。④干縮（失水收縮）水泥石在干燥和水濕的環(huán)境中要產(chǎn)生干縮和濕漲現(xiàn)象，最大的收縮是發(fā)生在第一次干燥之后，收縮和膨脹變形是部分可逆的。3)、收縮的影響因素水泥用量越大，用水量越大，表現(xiàn)為水泥漿量越大，塌落度大，收縮越大，因此避免雨中澆筑混凝土，遇小雨，應(yīng)采取防雨措施（特別是下料部位）并調(diào)整水灰比。4)、混凝土的體積變形混凝土在水泥水化過程中要產(chǎn)生一定的體積變形，成為“自由體積變形”?；炷恋氖湛s機(jī)理比較復(fù)雜，其主要原因，可能是內(nèi)部空隙水蒸發(fā)變化時(shí)引起的毛細(xì)管引力。收縮在很大程度上是有可逆現(xiàn)象的。如果混凝土收縮后，再處于水飽和狀態(tài)，還可以回復(fù)膨脹并幾年達(dá)到原有的體積。干濕交替將引起混凝土體積的交替變化，這對(duì)混凝土是很不利的。第 3 章 大體積混凝土裂縫控制措施 大體積混凝土裂縫控制措施實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，現(xiàn)有大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，絕大多數(shù)是由溫度裂縫原因而產(chǎn)生的。防止產(chǎn)生溫度裂縫是大體積混凝土研究的重要課題，我國(guó)自 20 世紀(jì) 60 年代開始進(jìn)行研究，目前已積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn)。工程上常用的防止混凝土裂縫的措施主要有：①采用中、低熱的水泥品種；②對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的分縫分塊；③在滿足強(qiáng)度和其它性能要求的前提下，盡量降低水泥用量；④摻加適宜的外加劑；⑤控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度；⑥選擇適宜的集料；⑦預(yù)埋水管、通水冷卻、降低混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度；⑧采用表面保護(hù)、保溫隔熱措施，降低內(nèi)外溫差；⑨采取防止大體積混凝土裂縫的結(jié)構(gòu)措施。 設(shè)計(jì)措施1).設(shè)置后澆帶在現(xiàn)澆整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，只在施工期間保留的臨時(shí)性施工縫，稱為“后澆帶”。該“后澆帶”根據(jù)具體條件，保留一定時(shí)間后，在進(jìn)行填充封閉，后澆成連續(xù)整體的無伸縮縫結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@種縫只在施工期間存在，所以是一種特殊的施工縫。但是，又因?yàn)樗哪康氖侨∠Y(jié)構(gòu)中的永久性變形縫，與結(jié)構(gòu)的溫度收縮應(yīng)力和差異沉降有關(guān)，所以它又是一種設(shè)計(jì)中的伸縮縫和沉降縫，一種臨時(shí)性的變形縫。它既是施工措施，又是設(shè)計(jì)手段。2).合理配置鋼筋在常溫和允許應(yīng)力狀態(tài)下，鋼筋的性能是比較穩(wěn)定的，其與混凝土的熱膨脹系數(shù)相差不大。3).設(shè)置滑動(dòng)層為了減小混凝土由于邊界存在約束而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，在與外約束的接觸面上全部設(shè)置滑動(dòng)層，則結(jié)構(gòu)計(jì)算長(zhǎng)度可折減約一半。4).避免應(yīng)力集中在結(jié)構(gòu)的孔洞周圍，變斷面轉(zhuǎn)角部位，轉(zhuǎn)交處等，由于溫度變化和混凝土收縮，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致混凝土裂縫。為此，可在空洞四周增配斜向鋼筋、鋼筋網(wǎng)片；在變斷面處避免斷面突變，可作局部處理使斷面逐漸過渡，同時(shí)增配一定量的抗裂鋼筋，這對(duì)防止裂縫產(chǎn)生是有很大作用的。5).設(shè)置緩沖層設(shè)置緩沖層，即在高低底板交接處、底板地梁處等，用 30~50mm 厚的聚苯乙烯泡沫塑料作垂直隔離，以緩沖基礎(chǔ)收縮時(shí)的側(cè)向壓力。6).設(shè)置應(yīng)力緩和溝 材料控制措施1).水泥品種選擇和用量控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)引起裂縫的主要原因是：混凝土的導(dǎo)熱性能較差，水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期溫升和后期溫降現(xiàn)象。因此，控制水泥水化熱引起的溫升，即減少混凝土內(nèi)外溫差，對(duì)降低溫度應(yīng)力，防止產(chǎn)生溫度裂縫將起到十分重要的作用。2).摻加外加料大體積混凝土一般體積都較大，其主要特征：結(jié)構(gòu)厚、混凝土量大，水泥水化熱使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫升和收縮變形，因此混凝土裂縫控制是一個(gè)十分關(guān)鍵的技術(shù)。為了保證混凝土的整體性，密實(shí)性和耐久性不受影響，在大體積混凝土中摻入外加劑和外摻料，充分利用它們各自的優(yōu)點(diǎn)，相互補(bǔ)充并采取科學(xué)的施工工藝及合理的混凝土養(yǎng)護(hù)措施來控制裂縫，防止?jié)B漏，從而保證大體積混凝土的施工質(zhì)量。混凝土中常用的外加料主要是外加劑和摻合料。3).集料的選擇大體積混凝土所需的強(qiáng)度并不是很高的，所以組成混凝土的砂石料比高強(qiáng)混凝土要高，約占混凝土總質(zhì)量的 85%左右，正確選用砂石料對(duì)保證混凝土質(zhì)量、節(jié)約水泥用量、降低水化熱量、降低工程成本是非常重要的。集料的選用應(yīng)根據(jù)就地取材的原則，首先 考慮成本較低、質(zhì)量?jī)?yōu)良、滿足要求的天然砂石料。 施工措施1).控制混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度為了降低大體積混凝土的總溫升，減少結(jié)構(gòu)物的內(nèi)外溫差，控制混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度同樣非常重要。① 控制混凝土的出機(jī)溫度根據(jù)攪拌前混凝土原材料總的熱量與攪拌后混凝土總的熱量相等的原理，可用下公式計(jì)算T0=[(CS+CWQS)WSTS+(Cg+CwQg)WgTg+CcWcTc+Cw(WwQsWcQgWs)Tw]/(CsWs+CgWg+CwWw+CcWc)(31)式中CS，Cg，Cc，Cw—分別為砂、石、水泥、和水的比熱，J/Kg℃；Ws，Wg，Wc，Ww—分別為每 m3砂、石、水泥、和水的用量，Kg；TS，Tg，Tc，Tw—分別為砂、石、水泥、和水的拌合溫度，℃；QS，Qg—分別為砂、石的含水量，%。計(jì)算時(shí)一般取 CS= Cg= Cc=800（J/Kg℃）；Cw=4000（J/Kg℃）。由以上計(jì)算公式可以看出，在混凝土原材料中，砂石的比熱比較小，但占混凝土總質(zhì)量的 85%左右；水的比熱較大，但它占混凝土總質(zhì)量的 6%左右。因此，對(duì)混凝土出機(jī)溫度影響最大的是石子的溫度，砂的溫度次之，水泥的溫度影響最小。為了降低混凝土的出機(jī)溫度，其最有效的辦法就是降低砂、石的溫度。如在氣溫較高時(shí)，為防止太陽的直接照射，可在砂石堆料場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易的遮陽裝置，砂石溫度可降低 3~5℃。在拌合前用冷水沖洗粗集料，在儲(chǔ)料倉中通冷風(fēng)預(yù)冷，再加上冰屑拌合，可使混凝土的出機(jī)溫度達(dá)到 7℃的要求。② 控制混凝土的澆筑溫度混凝土從攪拌機(jī)出料后，經(jīng)攪拌車或其它工具運(yùn)輸、卸料、澆筑、平倉、振搗等工序后的混凝土溫度稱為混凝土澆筑溫度。2).大體積混凝土配合比的控制① 當(dāng)大體積混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為 C20 以上時(shí)，經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意，可利用混凝土 60天的后期強(qiáng)度作為混凝土強(qiáng)度評(píng)定、工程交工驗(yàn)收及混凝土配合比設(shè)計(jì)的依據(jù)。這樣有利于降低大體積混凝土工程施工中因水泥水化熱引起的溫升，達(dá)到降低溫度應(yīng)力的目的，同時(shí)也節(jié)約施工及保溫養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。② 大體積混凝土配合比的選擇，在保證基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)所規(guī)定強(qiáng)度、耐久性等要求和滿足施工工藝特性的前提下，應(yīng)按照合理使用材料、減少水泥用量和降低混凝土的絕熱溫升的原則進(jìn)行選擇。3).混凝土的澆筑與養(yǎng)護(hù) ① 澆筑方案混凝土的澆筑方法可用分層連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑對(duì)于工程量較大、澆筑面積也大、一次連續(xù)澆筑層厚度不大（一般不超過 3m），且澆筑能力不足時(shí)的混凝土工程，宜采用推移式連續(xù)澆筑法。②采取分層澆筑混凝土?xí)r，水平施工縫的處理 ③混凝土的拌制、運(yùn)輸4).大體積混凝土的冬期施工在工業(yè)與民用建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的冬期施工中，主要是防止早期混凝土被凍問題；而在大體積混凝土的冬期施工中，情況有所不同，除了防止早期混凝土被凍壞外，還存在著控制溫差、防止裂縫的問題，而且防凍與防裂之間往往還存在著矛盾。在設(shè)計(jì)和施工中，必須妥善解決這個(gè)矛盾，兼顧防凍與防裂兩方面的要求。這是大體積混凝土冬期施工的主要特點(diǎn)。⑴ 大體積混凝土冬季施工的原則連續(xù) 5 天日平均氣溫 5℃以下，即進(jìn)入混凝土的冬期施工階段。大體積混凝土冬期施工應(yīng)兼顧防凍與防裂兩方面的要求，因此應(yīng)遵循以下三條基本原則：①砂、石等原材料中不能含有凍塊，混凝土拌和物也應(yīng)該具有一定的溫度，以保證在運(yùn)輸和澆筑過程中不致凍結(jié)。②混凝土在達(dá)到臨界強(qiáng)度之前不能受凍，以免混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，最終強(qiáng)度受到損失。③混凝土的內(nèi)外溫差和最高溫度均不能超過規(guī)定數(shù)值，以免發(fā)生裂縫，破壞結(jié)構(gòu)的整體。⑵ 大體積混凝土冬期施工的技術(shù)措施為了使上述冬期施工的原則得到滿足，必須采取一系列技術(shù)措施。①混凝土出機(jī)溫度與澆筑溫度的選擇②基礎(chǔ)及冷壁的預(yù)熱在澆筑混凝土以前，對(duì)基礎(chǔ)、預(yù)埋鐵件及與新混凝土接觸的冷壁（老混凝土、預(yù)制混凝土模板等），應(yīng)用蒸汽清除所有的冰、雪、霜凍，并使其表面溫度上升。③原材料加熱水的加熱可用鍋爐、電熱或蒸汽，砂料加熱可用封閉的蛇形管，石料加熱使用蒸汽最方便。④運(yùn)輸中的保溫運(yùn)輸中的熱量損失與運(yùn)輸工具有關(guān)。如使用大型運(yùn)輸罐，熱損失一般不大。⑤澆筑過程中減少熱量損失混凝土是分層澆筑的，每層厚度 200500mm，由于厚度薄，散熱面積大，澆筑過程中的熱量損失是很大的。⑥保溫養(yǎng)護(hù)混凝土澆筑完畢以后，應(yīng)采取嚴(yán)格的保溫養(yǎng)護(hù)措施，使混凝土強(qiáng)度得到充分發(fā)展。 監(jiān)測(cè)措施大體積混凝土的溫控施工中，除應(yīng)進(jìn)行水泥水化熱的測(cè)定外，在混凝土澆筑過程中還應(yīng)進(jìn)行混凝土澆筑溫度的監(jiān)測(cè)，在養(yǎng)護(hù)過程中應(yīng)進(jìn)行混凝土澆筑塊體升降溫、內(nèi)外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度等監(jiān)測(cè)。這些監(jiān)測(cè)結(jié)果能及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)大體積混凝土澆筑塊內(nèi)溫度變化的實(shí)際情況，以及所采用的施工技術(shù)措施的效果，為工程技術(shù)人員及時(shí)采取溫控對(duì)策提供科學(xué)依據(jù)。 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫處理盡管對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)采取各種各樣的防裂措施，但是工程實(shí)踐證明，由于各種復(fù)雜因素的影響，在混凝土澆筑不久或在施工期間就會(huì)出現(xiàn)裂縫。裂縫的一般修補(bǔ)方法有：表面修補(bǔ)法、內(nèi)部修補(bǔ)法、結(jié)構(gòu)加固法。參考文獻(xiàn)[1] 葉昌林，〔M〕.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，.[2] 〔M〕.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，.[3] 〔M〕.中國(guó)建筑工業(yè)出版社, ,32.[4] 〔J〕.混凝土, 2000,7: 3～5.[5] 〔J〕