大体积混凝土裂缝原因分析

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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。