淺析混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因

鄭迎春+檀素麗

摘要：混凝土裂縫產(chǎn)生和擴展的控制對于我們混凝土構(gòu)件來說非常重要。本文認為由于在水泥水化期間散發(fā)的水化熱使得混凝土構(gòu)件尤其體積比較大的混凝土構(gòu)件內(nèi)部較大的溫度升高與混凝土緊縮二者之間的矛盾—即溫度應(yīng)力是導(dǎo)致混凝土構(gòu)件裂縫的產(chǎn)生和擴展最主要的原因。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土結(jié)構(gòu)；水化熱；溫度應(yīng)力

一、引言

我國朱博芳院士自主研發(fā)了有限元程序，這是第一個本著砼結(jié)構(gòu)T徐變應(yīng)力來籌劃的。隨后，又編制了我國首個關(guān)于V比較大的砼不穩(wěn)定溫度場計算程序，為我國對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工的技術(shù)水平達到世界領(lǐng)先水平奠定了基礎(chǔ)。

王鐵夢教授發(fā)明的關(guān)于T應(yīng)力以及T裂縫的運算措施，被很多的建筑作業(yè)的工作種群接納。

相對于我國對V比較大的砼構(gòu)造裂縫的科研，國外要早于國內(nèi)將近半個世紀(jì)，在1930年期間，美國在建造胡佛大壩時，就開始對T應(yīng)力場進行研究，并且對T裂縫的掌控找相對的規(guī)劃措施。

二、混凝土溫度裂縫的主要成因分析

（一）入模溫度和環(huán)境溫度

混凝土的入模溫度高，則會讓成型后的混凝土構(gòu)件溫度峰值升高。在高溫季節(jié)進行混凝土的澆筑施工，施工前把砂子、石子的溫度降低后，或者增加一些冰屑在進行攪拌，是使得混凝土構(gòu)件溫度降低的第一道關(guān)鍵工序。

環(huán)境溫度是另一個影響方面。環(huán)境溫度較低那么構(gòu)件表面的溫度降低的較快而內(nèi)部溫度無法及時傳遞出去，從而使得構(gòu)件內(nèi)外溫差較大。這是產(chǎn)生溫度應(yīng)力的主要方面。

（二）水泥品種與水泥用量

水泥不同的品種因其活性成分含量不同，水化時則放出的水化熱就不同。在常用6大類水泥品種中，以硅酸鹽水泥放出的最多。在強度、環(huán)境、功能允許的情況下，首先不選該類水泥。

在滿足設(shè)計要求的情況下，適當(dāng)?shù)臏p少水泥的用量，來降低放出的水化熱。

（三）混凝土的導(dǎo)熱性能

導(dǎo)熱性能反映出混凝土所散播的熱量。而混凝土的導(dǎo)熱數(shù)值與熱量傳播率成正比，所以混凝土和其本身以外的物質(zhì)熱互換的概率也就很高，接著就會導(dǎo)致混凝土這種物質(zhì)里的最高溫的變化小。于此也逐漸縮小了砼的內(nèi)溫與外溫之間差?？梢灶A(yù)計，導(dǎo)熱功能越棒，熱高值顯現(xiàn)的時間點也會比一般的早。而位于中間部分的最高溫度的熱高值和其顯現(xiàn)的時間點與此板材的厚度有著顯著地聯(lián)系。顯而易見，板材的厚度值越大，中間部分點的散發(fā)熱量卻很少，此熱高值也就會變得很高，中間部分與其以外的物質(zhì)溫度變化影響有著密切關(guān)系，最高值顯現(xiàn)的時間點也是明顯推遲一些。

三、裂縫產(chǎn)生與擴展原因分析

（一）混凝土收縮變形

混凝土有很多粗的和細的間隙，這些間隙有很多的水分，其變化軌跡對混凝土的效用起著作用。對于預(yù)防裂縫來說，“溫脹干縮”特別有用?；炷猎谕瓿伤倪^程中出現(xiàn)的V形變，我們叫它“自然體積變形”。該形變則決定于膠凝材料的本質(zhì)性能，大部分是收縮形變。而相關(guān)文件知識科研說明，砼的最后的形變（收縮）數(shù)值大多數(shù)在2至6×104之間的進行擺動，有的期間可以最高達到10×104。在建筑算量時，砼的εp =3.24×10-4。

咱就這么說啊，為了方便，對于V混凝土運算中，在收縮數(shù)值和形變后的T數(shù)值彼此更改，也就是說“收縮當(dāng)量溫差”△Td ，我們用這個值就行。

（1）

式中： ——混凝土的收縮變形值；

——混凝土的溫度膨脹系數(shù)；

造成混凝土收縮的理由可不少，重要的是水泥的種類以及混合材，砼的搭配組合，化學(xué)外加劑和工程作業(yè)等。

（二）構(gòu)件內(nèi)配筋影響

混凝土出現(xiàn)裂縫的其中一個很繁瑣的、國內(nèi)外都在研究階段的原因之一是配筋問題。

鋼的線膨脹數(shù)值as約為1.2×10-5 /℃，與混凝土的膨脹數(shù)值不相上下。所以說，在溫差改變的情況下，他們兩者幾乎不受影響。

在砼構(gòu)造出現(xiàn)收縮的情況中，從表觀上可以看出，砼會發(fā)生收縮，鋼筋不會發(fā)生收縮，至此就一定會發(fā)生收縮應(yīng)力，如果要是在含有鋼的概率比較低的情況下，它的數(shù)的變化值還是比較不明顯的，這么小的變化我們可以省略掉。

綜上所述，配筋盡管有一定的不足之處，但在εp 與控制裂縫上邊起到了很大的作用。

建筑作業(yè)時，嚴(yán)格配筋來增強混凝土的εp 。反映這一關(guān)系的有如下經(jīng)驗公式：

εpμ=0.5Rr（1+p/d）×10-4 （2）

式中： εpμ——配筋后的混凝土極限拉伸；

Rr——混凝土抗裂設(shè)計強度（MPa）；

p——截面配筋率μ×100，例如配筋率則μ=0.2；

d——鋼筋直徑（cm）；

通常的工程中混凝土結(jié)構(gòu)的任意方位，扎受力鋼筋滿足構(gòu)造配筋率，對于對稱分布的鋼筋不用在補充溫度筋。

（三）構(gòu)件幾何尺寸影響

澆筑塊的長度大小起到一定的作用?；炷恋装宓拈L度變長，裂縫就會出現(xiàn)的比較顯著。

（四）施工技術(shù)影響

研究表明有效控制溫度應(yīng)力是延遲混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵，而使得構(gòu)件內(nèi)外在凝結(jié)硬化后溫度保持均一是具體行之有效的措施。施工前認真編制施工方案；施工過程中采用分塊、分層澆搗的施工技術(shù)。目前有全面分層、斜面分層和分段分層三種施工方法。

四、結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫影響因素分析是否全面、透徹，是解決混凝土構(gòu)件裂縫問題的關(guān)鍵。

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作者簡介：鄭迎春，女，1974年生，研究生學(xué)歷，高級工程師，主要研究方向：土木工程。