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(kuò)展的控制對(duì)于我們混凝土構(gòu)件來(lái)說(shuō)非常重要。本文認(rèn)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(kuò)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(guó)朱博芳院士自主研發(fā)了有限元程序，這是第一個(gè)本著砼結(jié)構(gòu)T徐變應(yīng)力來(lái)籌劃的。隨后，又編制了我國(guó)首個(gè)關(guān)于V比較大的砼不穩(wěn)定溫度場(chǎng)計(jì)算程序，為我國(guó)對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的技術(shù)水平達(dá)到世界領(lǐng)先水平奠定了基礎(chǔ)。

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

相對(duì)于我國(guó)對(duì)V比較大的砼構(gòu)造裂縫的科研，國(guó)外要早于國(guó)內(nèi)將近半個(gè)世紀(jì)，在1930年期間，美國(guó)在建造胡佛大壩時(shí)，就開(kāi)始對(duì)T應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行研究，并且對(duì)T裂縫的掌控找相對(duì)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(huì)讓成型后的混凝土構(gòu)件溫度峰值升高。在高溫季節(jié)進(jìn)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(jìn)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(gè)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(wú)法及時(shí)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(shí)則放出的水化熱就不同。在常用6大類(lèi)水泥品種中，以硅酸鹽水泥放出的最多。在強(qiáng)度、環(huán)境、功能允許的情況下，首先不選該類(lèi)水泥。

在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，適當(dāng)?shù)臏p少水泥的用量，來(lái)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(huì)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(jì)，導(dǎo)熱功能越棒，熱高值顯現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)也會(huì)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(shí)間點(diǎn)與此板材的厚度有著顯著地聯(lián)系。顯而易見(jiàn)，板材的厚度值越大，中間部分點(diǎn)的散發(fā)熱量卻很少，此熱高值也就會(huì)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(shí)間點(diǎn)也是明顯推遲一些。

三、裂縫產(chǎn)生與擴(kuò)展原因分析

（一）混凝土收縮變形

混凝土有很多粗的和細(xì)的間隙，這些間隙有很多的水分，其變化軌跡對(duì)混凝土的效用起著作用。對(duì)于預(yù)防裂縫來(lái)說(shuō)，“溫脹干縮”特別有用。混凝土在完成水化的過(guò)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(shí)科研說(shuō)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(jìn)行擺動(dòng)，有的期間可以最高達(dá)到10×104。在建筑算量時(shí)，砼的εp =3.24×10-4。

咱就這么說(shuō)啊，為了方便，對(duì)于V混凝土運(yùn)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(shuō)“收縮當(dāng)量溫差”△Td ，我們用這個(gè)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(lèi)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(gè)很繁瑣的、國(guó)內(nèi)外都在研究階段的原因之一是配筋問(wèn)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(shuō)，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(huì)發(fā)生收縮，鋼筋不會(huì)發(fā)生收縮，至此就一定會(huì)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(shí)，嚴(yán)格配筋來(lái)增強(qiáng)混凝土的εp 。反映這一關(guān)系的有如下經(jīng)驗(yàn)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(jì)強(qiáng)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(duì)于對(duì)稱(chēng)分布的鋼筋不用在補(bǔ)充溫度筋。

（三）構(gòu)件幾何尺寸影響

澆筑塊的長(zhǎng)度大小起到一定的作用?；炷恋装宓拈L(zhǎng)度變長(zhǎng)，裂縫就會(huì)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(rèn)真編制施工方案；施工過(guò)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(yǔ)

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(wèn)題的關(guān)鍵。

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