混凝土结构裂缝产生的原因及控制措施

混凝土结构裂缝产生的原因及控制措施摘

要：大体积混凝土开裂后，其性能与原状混凝土性能相差很大，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，从各个环节提出了预防裂缝的综合措施，以确保混凝土质量，减少裂缝的发生。关键词：混凝土

裂缝

水泥水化热

温度应力

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有三种：（1）由外部荷载引起的裂缝隙，按常规计算的各种荷载引起的；（２）由于结构的实际工作状态与设计模型的不同而产生的结构次应力引起的裂缝；（3）由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素产生的变形应力引起的裂缝，施工中可采取措施避免。（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温度裂缝的主要原因。1．水化热产生裂缝的机理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，由于体积大，热量不易散发，造成较大温升，从而导致体积增大。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不同产生的约束，以上两种约束产生的应力为温度应力。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；还有地基非均匀沉降、模板走样也会产生变形应力。在以上非结构荷载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，当混凝土浇筑体边界无约束时（如底、顶板顶面），在早期水化热温度迅速升高阶段，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，在浇筑体中央断面产生内部拉应力，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贯穿裂缝。2．温度应力的分析根据温度应力的形成过程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，二是混凝土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时止，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。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相叠加。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，如果内部温度是非性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。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，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。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和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算。混凝土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措施大体积混凝土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，以确保抗裂安全度要求。裂缝控制方法采取温差与温度应力双控制方法，避免结构物出现温度裂缝，同时调整混凝土表面湿度以防止表面干缩裂缝。结构裂缝产生的主要原因是降温和收缩。任一降温差包含水化热引起的温差和收缩当量温差，又都可以分解为均匀降温差和非均匀降温差两类。前者产生外约束力，它成为贯穿性裂缝的主要原因；后者引起自约束力，形成表面裂缝；只有同时控制好这两类降温差，才能减小和避免裂缝的产生。控制混凝土裂缝，必须从混凝土产生裂缝的几个主要原因入手，才能有效地将裂缝控制在充许范围内。一般分为两个控制阶段，设计阶段和施工阶段。设计阶段由设计人员对混凝土强度等级、钢筋的品种、规格、建筑物的结构形式等统筹设计，有效进行裂缝控制。施工阶段采取加入外加剂改善混凝土性能、降低水泥水化热、降低混凝土内外温差、设置施工缝或变形缝、加强混凝土中的配筋率等措施来减少混凝土的收缩，防止混凝土产生有害裂缝。1．合理