混凝土裂缝原因研究论文

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摘要：外约束作用越大，相应的温度应力愈大；内约束产生的温度应力与块体内、外温差愈大，温度应力也愈大。如果二者产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度混凝土都要出现裂缝。方块A、B、C水泥用量少，水化热小，且方块A底部无外约束，所以方块A不产生裂缝。方块B、C底部有外约束，当外约束产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度就出现裂缝，因此方块B、C在榫槽处有时出现裂缝，方块D和卸荷板因有抗冻要求，强度等级高，水泥用量多，水化热大，且都有外约束（方块D在底部榫糟处，卸荷板在预留孔处），所以方块D和卸荷板出现的裂缝比B、C明显。

关键词：混凝土方块大体积混凝土裂缝

混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构形式等原因。

混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，又会在混凝土内部出现拉应力，气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化，如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也可能导致裂缝出现。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104.由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在素混凝土（方块）内如果结构出现拉应力，须依靠混凝土自身承担。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到稳定温度时间短，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。

一、温度应力的分析

1.根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：

（1）早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。

（2）中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。

（3）晚期：混凝土完全冷却以后的时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。

2.根据温度应力引起的原因可分为两类：

（1）边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，混凝土方块结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。

（2）结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如方块的榫槽。

这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。

3.在的施工中，为了提高模板的周转率，往往要将方块尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。早期拆模，在方块表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险.

加筋对大体积混凝土方块的温度应力影响很小，因为加入方块的混凝土中的含筋率极低。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7-15倍，当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100-200kg／cm2..因此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。

混凝土方块内约束

混凝土块体自身质点之间的约束：大体积混凝土方块在温度变化过程中，块体内温度分布是不均匀的。块体表层散发快，表层温度接近外界气，而内部积聚的水化热不易散发，使块体内部温度明显高于表层温度，内、外温差不一致，使表层混凝土收缩受到里层混凝土的约束而产生拉应力。

外约束作用越大，相应的温度应力愈大；内约束产生的温度应力与块体内、外温差愈大，温度应力也愈大。如果二者产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度混凝土都要出现裂缝。方块A、B、C水泥用量少，水化热小，且方块A底部无外约束，所以方块A不产生裂缝。方块B、C底部有外约束，当外约束产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度就出现裂缝，因此方块B、C在榫槽处有时出现裂缝，方块D和卸荷板因有抗冻要求，强度等级高，水泥用量多，水化热大，且都有外约束（方块D在底部榫糟处，卸荷板在预留孔处），所以方块D和卸荷板出现的裂缝比B、C明显。

外约束

混凝土浇注后，温度逐渐下降，块体也随之收缩。但是在块体底部（与底胎上的榫相互作用，块体收缩受到榫的约束，从而在块体内部产生拉应力。该拉力在混凝土方块的底部最大，一旦产生裂缝也是从底部开始，随着收缩的增加和温度应力的增大，裂缝将向上延伸，有时贯穿整个块体。》

改进预制混凝土大方块产生裂缝的措施：

为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。

1.控制温度的措施如下：

（1）采用改善骨料级配，砂选用中粗砂，含泥量小于3%，清除泥土和石粉，级配要好，从而可能提高混凝土自身的强度，相对可以减少水泥用量，对克服温度裂缝有好处。

（2）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；

（3）浇注混凝土大方块时，按规定掺加10-100kg/块块石，有助于克服裂缝；

（4）减小混凝土浇注的分层厚度，在条件允许时减缓混凝土浇注速度，以不出现冷缝为原则。热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；

（5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；

（6）在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力.

（7）在原有吊装孔基础上增加预留孔，大方块浇注完毕养护时期，吊装孔和预留孔内的养护水由于水泥水化热而造成温度升高，为此，每隔2-3小时孔内换一次水，孔内热水沿块体四周流下，既可以降低方块内部的温度，减少混凝土内约束作用。

3.使用减水防裂剂，其特点：

（1）混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低。这就是表面张力理论。

（2）水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25％。

（3）水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15％的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。

（4）减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水。

（5）提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。

（6）混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效的提高的混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

（7）掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。

（8）掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。

（9）掺外加剂混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩.

4.混凝土的早期养护

混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。

从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：

1）防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。

2）防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。