混凝土裂缝原因研究论文
混凝土裂缝原因研究论文 摘要：外约束作用越大，相应的温度应力愈大；内约束产生的温度应力与 块体内、外温差愈大，温度应力也愈大。如果二者产生的拉应力超过混凝土的抗 拉强度混凝土都要出现裂缝。方块A、B、C水泥用量少，水化热小，且方块A底 部无外约束，所以方块A不产生裂缝。方块B、C底部有外约束，当外约束产生的 拉应力超过混凝土的抗拉强度就出现裂缝，因此方块B、C在榫槽处有时出现裂 缝，方块D和卸荷板因有抗冻要求，强度等级高，水泥用量多，水化热大，且都 有外约束（方块D在底部榫糟处，卸荷板在预留孔处），所以方块D和卸荷板出 现的裂缝比B、C明显。
关键词：混凝土方块大体积混凝土裂缝 混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性 和不均匀性，以及结构形式等原因。
混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉 应力。后期在降温过程中，又会在混凝土内部出现拉应力，气温的降低也会在混 凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现 裂缝。混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生 剧烈变化，如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也可 能导致裂缝出现。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右， 短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限位伸变形 也只有（1.2～2.0）×104.由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程 中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能 力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在素混凝土（方块）内如果结构出现拉应力， 须依靠混凝土自身承担。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到稳定温度时间短， 往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。
一、温度应力的分析 1.根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：
（1）早期：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，二是混凝上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，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，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
（3）晚期：混凝土完全冷却以后的时期。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迭加。
2.根据温度应力引起的原因可分为两类：
（1）边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分 布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，混凝土方块结构尺寸相 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。
（2）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。如方块的榫槽。
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。
3.在的施工中，为了提高模板的周转率，往往要将方块尽早拆模。当混凝 土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。早期 拆模，在方块表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期， 由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此 时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与 水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致 裂缝的危险. 加筋对大体积混凝土方块的温度应力影响很小，因为加入方块的混凝土中 的含筋率极低。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳 定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很 小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性 模量的7-15倍，当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过 100-200kg／cm2..因此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。
混凝土方块内约束混凝土块体自身质点之间的约束：大体积混凝土方块在温度变化过程中， 块体内温度分布是不均匀的。块体表层散发快，表层温度接近外界气，而内部积 聚的水化热不易散发，使块体内部温度明显高于表层温度，内、外温差不一致， 使表层混凝土收缩受到里层混凝土的约束而产生拉应力。
外约束作用越大，相应的温度应力愈大；
内约束产生的温度应力与块体内、 外温差愈大，温度应力也愈大。如果二者产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度混 凝土都要出现裂缝。方块A、B、C水泥用量少，水化热小，且方块A底部无外约 束，所以方块A不产生裂缝。方块B、C底部有外约束，当外约束产生的拉应力超 过混凝土的抗拉强度就出现裂缝，因此方块B、C在榫槽处有时出现裂缝，方块D 和卸荷板因有抗冻要求，强度等级高，水泥用量多，水化热大，且都有外约束（方 块D在底部榫糟处，卸荷板在预留孔处），所以方块D和卸荷板出现的裂缝比B、 C明显。
外约束 混凝土浇注后，温度逐渐下降，块体也随之收缩。但是在块体底部（与底 胎上的榫相互作用，块体收缩受到榫的约束，从而在块体内部产生拉应力。该拉 力在混凝土方块的底部最大，一旦产生裂缝也是从底部开始，随着收缩的增加和 温度应力的增大，裂缝将向上延伸，有时贯穿整个块体。》 改进预制混凝土大方块产生裂缝的措施：
为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着 手。
1.控制温度的措施如下：
（1）采用改善骨料级配，砂选用中粗砂，含泥量小于3%，清除泥土和石 粉，级配要好，从而可能提高混凝土自身的强度，相对可以减少水泥用量，对克 服温度裂缝有好处。
（2）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；
（3）浇注混凝土大方块时，按规定掺加10-100kg/块块石，有助于克服裂 缝；
（4）减小混凝土浇注的分层厚度，在条件允许时减缓混凝土浇注速度， 以不出现冷缝为原则。热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；
（5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面 发生急剧的温度梯度；
（6）在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海棉等，对 于防止混凝土表面产生过大的拉应力. （7）在原有吊装孔基础上增加预留孔，大方块浇注完毕养护时期，吊装 孔和预留孔内的养护水由于水泥水化热而造成温度升高，为此，每隔2-3小时孔 内换一次水，孔内热水沿块体四周流下，既可以降低方块内部的温度，减少混凝 土内约束作用。
3.使用减水防裂剂，其特点：
（1）混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力， 使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降 低。这就是表面张力理论。
（2）水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土 用水量减少25％。
（3）水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土 在保持混凝土强度的条件下可减少15％的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补 充。
（4）减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水。
（5）提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。
（6）混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强 度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效的提高的混凝土抗拉强度，大幅提高混凝 土的抗裂性能。
（7）掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性， 减少碳化收缩。（8）掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放 热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。
（9）掺外加剂混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，减少水分蒸发， 减少干燥收缩. 4.混凝土的早期养护 混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面 的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。
一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。
从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：
1）防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。
2）防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混 凝土使用期的稳定温度。