大体积混凝土裂缝成因及控制

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1、大体积混凝土裂缝成因及控制　　(内蒙古大学理工学院，内蒙古呼和浩特010021) 　　摘要：本文分析了大体积混凝土的特点、温度应力变化的特点及在温度应力作用下裂缝的成因，提出了具体的控制措施。 关键词：大体积；混凝土；温度裂缝 　　中图分类号：TU528.064文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)03—0107—02 　　日本建筑学会的标准定义“结构断面最小尺寸80cm以上，水化热引起的混凝土内部最高温度与周围环境温差超过25℃的混凝土称为大体积混凝土。”我国目前尚无确切定义，JGJ/T55—96规定：混

2、凝土结构实体最小尺寸大于或等于1m的部位所在的混凝土称为大体积混凝土。有时结构断面尺寸不大，但混凝土强度等级高，水泥用量大，所用水泥水化热高，也按大体积混凝土考虑。 　　混凝土是一种多相的复合材料，裂缝前端的性状复杂，难以测定。从微观上分析，混凝土的开裂主要是由于混凝土中出现了拉应力超过了其抗拉强度，或者拉伸应变超过了其极限拉伸值。混凝土的干缩、升温膨胀、降温冷缩及自身体积收缩等变形，受到其基础及周围环境的约束时，在混凝土内部或表面产生拉应力，并可能导致混凝土开裂。 1大体积混凝土的特点 　　1.1混凝土是脆性材料：抗拉强度

3、只有抗压强度的1/10；拉伸变形能力很小，短期加载时的极限拉伸变形只有×10-4，约相当于温度降低6～10℃的变形，长期加载时的极限拉伸变形也只有×10-4。 　　1.2结构断面尺寸大：混凝土浇筑以后，由于水泥的水化热，内部温度急剧上升，此时混凝土弹性模量很小，徐变较大，升温引起的压力并不大；但在日后温度逐渐降低时，弹性模量增大，徐变减小，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。 　　1.3外界环境长期作用：一年四季中气温和水温的变化在大体积混凝土结构中引起相当大的长期反复拉应力变化，加剧混凝土的开裂可能。 　　1.4结构未

4、配或少配筋：大体积混凝土结构通常是不配筋的，或只在表面或孔洞附近配置少量钢筋，与结构的巨大断面相比，含钢率是极低的。由于没有配置钢筋，如果出现拉应力，就要依靠混凝土本身来承受。 2混凝土温度应力的特点及变化过程 　　混凝土温度应力的特点可以通过一个较为简单的例子来说明，设有一两端固定的钢杆件，杆件内发生温度变化T，T是时间τ的函数：当τ=0时，T=0，开始阶段，T随时间而升高，过了最高温度后，逐渐冷却，最终变为T=0。钢的弹性模量ES为常数，因两端固定，由材料力学可知，杆件内的温度应力为： σS=－ESαST

5、　　钢杆件温度应力σS与温度T是成比例的，比例常数为－ESαS，其中αS为钢的线胀系数。当温度从0℃上升到最高温度时，应力也从0上升到最大压应力，当温度再逐渐降低到0℃时，应力值也逐渐降低到0，即恢复到初始状态。 　　对于两端固定的杆件，由于混凝土弹性模量EC是随着龄期τ而变化的，温度应力不能再用前述公式计算，而应采用增量法计算，把时间τ划分为一系列时段△τi,在第i个时段△τi内，温度增量为△Ti，平均弹性模量为E，弹性应力增量为： △σi=－αE△Ti 累加后，得到弹性应力如下： σC=－α∑E△Ti

6、　　进一步考虑混凝土徐变的影响，应采用下式计算： σC=－α∑EK△Ti 　　式中K为应力松弛系数，设在龄期τ混凝土受到应力σ，如果应变固定为常数，由于徐变的影响，到了时间t，应力将减小为σ,松弛系数即为σ与σ的比值，即： K=σ/σ 　　在早期升温阶段，杆内产生了压应力，但因早期混凝土弹性模量比较小，松弛系数也比较小，因此压应力的数值不大；到了后期降温阶段，混凝土弹性模量较大，松弛系数K也比较大，单位温差产生的应力增量比较大，因此，随着杆内温度的逐步降低，不但早期压应力被抵消了，而且在杆内还会产生很大的拉应力。最终，

7、当时间τ→∞，温度T→0，但应力并不变为0，而是产生很大的剩余拉应力。实际情况是，当温度变幅达到12～20℃时，对于受到完全约束的混凝土，后期产生的拉应力足以使混凝土被拉断。 　　3大体积混凝土在温度应力作用下形成的裂缝 　　3.1产生表面裂缝：大体积混凝土浇注后一段时间，内部水化热不易散失，外部混凝土散热较快，水化热温升随结构厚度增加而加大，混凝土内外形成一定的温度梯度。无论温升阶段或温降阶段，混凝土中心温度总是高于混凝土表面温度。根据热胀冷缩原理，中心部分混凝土膨胀速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心与表面各质点间的内约

8、束以及来自地基及其他外部边界约束的共同作用，使混凝土内部产生压应力，混凝土表面产生拉应力。当温度梯度大到一定程度时，表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面产生裂缝。在升温阶段，混凝土未充分硬化，弹性模量小，徐变影响较大。因此拉应力较小，只