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混凝土裂縫的形成和控制

作者:智者清泉石上流
混凝土裂縫的形成和控制

混凝土結構物的裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。

混凝土裂縫産生的主要原因

混凝土結構的宏觀裂縫産生的原因主要有三種,一是由外荷載引起的,這是發生最為普遍的一種情況,即按正常計算的主要應力引起的;二是結構次應力引起的裂縫,這是由于結構的實際工作狀态與計算假設模型的差異引起的;三是變形應力引起的裂縫,這是由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起結構變形,當變形受到限制時便産生應力,當此應力超過混凝土抗拉強度時就産生裂縫。

當混凝土結構物産生變形時,在結構的内部、結構與結構之間,都會受到互相影響、互相制約,這種現象稱為限制。當混凝土結構截面較厚時,其内部溫度和濕度分布不均勻,引起内部不同部位的變形互相限制,這樣的限制稱之為内限制;當一個結構物的變形受到其他結構的阻礙所受到的限制稱為外限制。外限制又可分為自由體、全限制和彈性限制。建築工程中的大體積混凝土結構所承受的變形,主要是因溫差和收縮而産生的。

混凝土裂縫的形成和控制

建築工程中的大體積混凝土結構中,由于結構截面大,水泥用量多,水泥水化所釋放的水化熱會産生較大的溫度變化和收縮作用,由此形成的溫度收縮應力是導緻鋼筋混凝土産生裂縫的主要原因。這種裂縫有表面裂縫和貫通裂縫兩種。表面裂縫是由于混凝土表面和内部的散熱條件不同,溫度外低内高,形成了溫度梯度,使混凝土内部産生壓應力,表面産生拉應力,表面的拉應力超過混凝土抗拉強度而引起的。貫通裂縫是由于大體積混凝土在強度發展到一定程度,混凝土逐漸降溫,這個降溫差引起的變形加上混凝土失水引起的體積收縮變形,受到地基和其他結構邊界條件的限制時引起的拉應力,超過混凝土抗拉強度時所可能産生的貫通整個截面的裂縫。這兩種裂縫不同程度上,都屬有害裂縫。

高強度的混凝土早期收縮較大,這是由于高強混凝土中以30%~60%礦物細摻合料替代水泥,高效減水劑摻量為膠凝材料總量的1%~2%,水膠比為0.25~0.40,改善了混凝土的微觀結構,給高強混凝土帶來許多優良特性,但其負面效應最突出的是混凝土收縮裂縫幾率增多。高強混凝土的收縮,主要是幹燥收縮、溫度收縮、塑性收縮、化學收縮和自收縮。混凝土初現裂紋的時間可以作為判斷裂紋原因的參考:塑性收縮裂紋大約在澆築後幾小時到十幾小時出現;溫度收縮裂紋大約在澆築後2到10d出現;自收縮主要發生在混凝土凝結硬化後的幾天到幾十天;幹燥收縮裂紋出現在接近1年齡期内。

幹燥收縮:當混凝土在不飽和空氣中失去内部毛細孔和凝膠孔的吸附水時,就會産生幹縮,高性能混凝土的孔隙率比普通混凝土低,故幹縮率也低。

塑性收縮:塑性收縮發生在混凝土硬化前的塑性階段。高強混凝土的水膠比低,自由水分少,礦物細摻合料對水有更高的敏感性,高強混凝土基本不泌水,表面失水更快,是以高強混凝土塑性收縮比普通混凝土更容易産生。

自收縮:密閉的混凝土内部相對濕度随水泥水化的進展而降低,稱為自幹燥。自幹燥造成毛細孔中的水分不飽和而産生負壓,因而引起混凝土的自收縮。高強混凝土由于水膠比低,早期強度較快的發展,會使自由水消耗快,緻使孔體系中相對濕度低于80%,而高強混凝土結構較密實,外界水很難滲入補充,導緻混凝土産生自收縮。高強混凝土的總收縮中,幹縮和自收縮幾乎相等,水膠比越低,自收縮所占比例越大。與普通混凝土完全不同,普通混凝土以幹縮為主,而高強混凝土以自收縮為主。

溫度收縮:對于強度要求較高的混凝土,水泥用量相對較多,水化熱大,溫升速率也較大,一般可達35~40℃,加上初始溫度可使最高溫度超過70~80℃。一般混凝土的熱膨脹系數為10×10-6/℃,當溫度下降20~25℃時造成的冷縮量為2~2.5×10-4,而混凝土的極限拉伸值隻有1~1.5×10-4,因而冷縮常引起混凝土開裂。

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