混凝土工-混凝土结构裂缝产生原因及控制措施研究.doc

混凝土结构裂缝产生原因及控制措施研究摘要大体积混凝土结构开裂后，其性能与原状混凝土性能相差很大，则严重影响结构的长期安全和耐久运行。本文分析了混凝土结构裂缝产生的原因和机理，并从各个环节提出了预防裂缝的综合措施，用以确保混凝土的质量，减少裂缝的发生。关键词：混凝土；裂缝；水泥水化热；温度应力混凝土结构裂缝产生原因及控制措施研究一、混凝土结构裂缝产生的原因钢筋混凝土结构的裂缝产生的原因主要分为三个：（1）由于结构的实际工作状态与设计模型的差异而产生的结构次应力引起的裂缝；（２）由外部荷载引起的裂缝缝隙，按常规计算的各种荷载而引起的；（3）由温度差、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素产生的变形应力而引起的裂缝，施工中可以采取措施避免。（4）大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化释放的水化热能产生很大的温度变化和收缩作用，是导致大体积混凝土裂缝的主要原因。（一）水化热产生裂缝的机理1、大体积混凝土结构的截面尺寸较大，在施工过程中，由水泥水化过程中释放出大量水化热量，由于混凝土体积大，热量散发不易，造成温升较大，从而导致混凝土体积增大。当这种变形不受约束时，混凝土结构内部不会产生应力。但实际上这种变形肯定会受到约束，约束有两种。一是混凝土与外部环境温度差异引起的约束；另一种是由于内部的条件而不同产生的约束，以上两种约束产生的应力为温度应力。2、其次，湿度变化引起的混凝土内部各单元体之间相互约束，产生的应力为干缩应力。因为湿度传导率远小于热度传导率（约为1/1600），所以，它主要产生在混凝土表面附近：另外，混凝土自身体积变形不能自由伸缩所产生的应力，称为自身体积变形应力；还有地基不均匀沉降、模板走样也会产生相应的变形应力。在以上非结构荷载的作用下所产生的应力中，主要是温度应力和变形应力。对于大体积混凝土结构施工中，当混凝土浇筑体的边界无约束时（如底、顶板顶面），在早期水化热的温度迅速升高阶段，由于混凝土内、外散热条件不同，形成温度梯度，表面受拉，内部受压。当拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。在混凝土的降温阶段，混凝土的温差引起的变形加上混凝土的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束时，在浇筑体的中央断面产生了内部拉应力，当该拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土整个截面就产生了贯穿裂缝。3、现浇钢筋混凝土结构梁、板产生裂缝的原因，综合归纳起来可以分为两大类：一是由于设计失误、实际施工不当等原因导致的结构性裂缝；二是由于混凝土本身的收缩和温差作用所产生的非结构性裂缝。有关资料统计及大量的工程实践表明，一般工程中结构性裂缝约占20％，大部分为收缩和温差裂缝约占80％，这些非结构性裂缝可以通过设计和施工阶段采取相应的技术措施进行预防，从而将其控制在现行规范所允许的范围之内。从大量的工程实践中我们可以发现，建筑结构中混凝土的收缩和温差裂缝所出现的位置与构件部位和形状关系的规律基本相同或类似。（二）温度应力的分析根据温度应力的形成过程，将其可分为以下三个阶段：1、初期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约需30天。这个阶段有两个特征，一是混凝土弹性模量的急剧变化，二是水泥放出大量的水化热。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成了残余应力。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时止，这个过程时间中，温度应力主要是由于混凝土的冷却和外界气温的变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在这个期间混凝土的弹性模量变化不大。3、后期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是由外界气温变化所引起的，这些应力与前两种的残余应力相叠加。4、根据温度应力引起的原因可分为两类：一是自生应力：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的。例如，桥梁墩身、结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在结构表面出现拉应力，在结构中间出现压应力。二是约束应力：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。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。这两种温度应力往往与混凝土的干缩所引起的应力相互共同作用。要根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较烦琐的工作。在大多数的情况下，是需要依靠模型试验或数值计算。混凝土结构的徐变使温度应力有相当大的松弛，计算温度应力时，必须考虑徐变产生的影响，具体计算这里就不再细述。二、裂缝控制的基本原理及预防措施（一）大体积混凝土结构的裂缝控制是指杜绝有害裂缝，同时减少或避免不影响使用的混凝土表面裂缝。裂缝控制原理是：降低混凝土外部约束与非线性降温和收缩所产生的拉应力，提高混凝土相应龄期的抗拉强度和极限拉伸，以确保混凝土抗裂的安全度要求。裂缝