摘 要：就大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理分析影響裂縫產(chǎn)生的主要因素。

　　關(guān)鍵詞：混凝土；裂縫；分析

　　1、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理

　　大體積混凝土裂縫在建筑中經(jīng)常可以見(jiàn)到，而且隨著 科學(xué) 技術(shù)的 發(fā)展 和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的完善，特別是有關(guān)大體積混凝土的 現(xiàn)代 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的出現(xiàn)（如各種實(shí)驗(yàn)顯微鏡、x光照相設(shè)備、超聲儀器、滲透觀測(cè)儀等），已經(jīng)證實(shí)了大體積混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中也存在著肉眼不可見(jiàn)的裂縫。

　　常見(jiàn)裂縫主要有以下三種類型：

　　1.1粘著裂縫：

　　指鋼筋與水泥石粘接面上的裂縫，主要沿鋼筋周?chē)�出現(xiàn)；

　　1.2水泥石裂縫：

　　指水泥漿中的裂縫，主要出現(xiàn)在鋼筋與鋼筋之間；

　　1.3鋼筋骨料裂縫：

　　指鋼筋或者骨料等本身的裂縫。

　　這三種裂縫比較，前兩種較多，大體積混凝土的裂縫主要指前兩種，他們的存在對(duì)于大體積混凝土的基本物理力學(xué)性質(zhì)如彈塑性、各種強(qiáng)度、變形、泊松比、結(jié)構(gòu)剛度、化學(xué)反應(yīng)等有著重要的影響。

　　大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因可按其構(gòu)造理論加以解釋，即把混凝土看做是由鋼筋、水泥石、氣體、水份等組成的非均質(zhì)材料，在溫度、濕度和其他條件變化下，混凝土逐步硬化，同時(shí)產(chǎn)生體積變形，這種變形是不均勻的，水泥石收縮較大，鋼筋收縮很小，水泥石熱膨脹系數(shù)較大，鋼筋熱膨脹系數(shù)較小，他們之間的相互變形引起約束應(yīng)力。在構(gòu)造理論中提出了一種簡(jiǎn)單的 計(jì)算 模型，即假定圓形鋼筋不變形且均勻分布于均質(zhì)彈性水泥石中，當(dāng)水泥石產(chǎn)生收縮時(shí)引起內(nèi)應(yīng)力，這種應(yīng)力可引起粘著微裂縫和水泥石裂縫，混凝土的裂縫肉眼是看不見(jiàn)的，肉眼可見(jiàn)裂縫范圍一般以0.05mm為界。大于等于0.05mm的裂縫稱為宏觀裂縫，它是裂縫擴(kuò)展的結(jié)果。

　　下面就通過(guò)不同的理論基礎(chǔ)來(lái)分析大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的機(jī)理。

　　大體積混凝土的破壞機(jī)理，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為是混凝土在澆筑、形成過(guò)程中不可避免存在著毛細(xì)孔、空隙及材料的裂隙缺陷，在外界因素作用下，這些缺陷部位將產(chǎn)生高度的應(yīng)力集中，并逐漸擴(kuò)展發(fā)展，形成大體積混凝土體中的微裂紋。另一方面，大體積混凝土中各相的結(jié)合界面是最薄弱的環(huán)節(jié)，在外界因素作用下，將脫開(kāi)而形成截面裂隙，并發(fā)展成微裂紋。若外界因素繼續(xù)作用，混凝土體中的微裂紋經(jīng)過(guò)匯集、貫通的過(guò)程而形成宏觀裂縫。同時(shí)，宏觀裂紋的端部又因應(yīng)力集中而出現(xiàn)新的微裂紋，甚至出現(xiàn)微裂紋區(qū)，這又將發(fā)展成新的宏觀裂縫或體現(xiàn)為原有宏觀裂紋的延伸。如此反復(fù)交替，宏觀裂縫必將沿著一條最薄弱的路徑逐漸擴(kuò)展，最后使混凝土完全斷開(kāi)而破壞。因此，大體積混凝土材料的破壞過(guò)程實(shí)際上是損傷、損傷積累、宏觀裂紋出現(xiàn)、損傷繼續(xù)積累、宏觀裂縫擴(kuò)展交織發(fā)生的過(guò)程。

　　不論外界因素作用引起的效應(yīng)是拉、壓、剪或扭，大體積混凝土體破壞的過(guò)程都是相類似的。如果引起的效應(yīng)是拉，則微裂紋或微裂縫將沿與之正交的方向擴(kuò)展；如為壓，則沿與之平行的方向擴(kuò)展；如為剪或扭，則將沿剪應(yīng)力的方向滑動(dòng)擴(kuò)展。顯然，在非均勻應(yīng)力場(chǎng)的大體積混凝土體中上述微裂紋的萌生與擴(kuò)展以及宏觀裂紋的出現(xiàn)和擴(kuò)展，都將首先在高應(yīng)力區(qū)中發(fā)生，甚至只集中發(fā)生在高應(yīng)力區(qū)，因?yàn)楫?dāng)高應(yīng)力區(qū)中裂紋或裂縫擴(kuò)展時(shí)，對(duì)相鄰的低應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生卸載效應(yīng)，因此，該區(qū)域內(nèi)的裂紋和裂縫不可能再繼續(xù)發(fā)育和發(fā)展，甚至?xí)�引起逆效�?yīng)，如原來(lái)已張開(kāi)的裂縫可能重新閉合。

　　大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期經(jīng)歷了升溫和降溫兩個(gè)過(guò)程。由于水泥砂漿與鋼筋熱膨脹系數(shù)的不同，在升溫過(guò)程中溫度荷載作用下水泥砂漿與鋼筋所形成的界面首先產(chǎn)生損傷，并隨溫度增加而發(fā)展。

　　2、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的主要影響因素

　　大體積混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化，由此形成的溫度應(yīng)力是導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫的主要原因。這種裂縫分為兩種：

　　2.1大體積混凝土澆筑初期，水泥水化產(chǎn)生大量水化熱，使大體積混凝土的溫度很快上升。

　　但由于大體積混凝土表面散熱條件較好，熱量可以向大氣中散發(fā)，因而溫度上升較少；而大體積混凝土內(nèi)部由于散熱條件較差，熱量散發(fā)少，因而溫度上升較多，內(nèi)外形成溫度梯度，形成內(nèi)外約束。

　　2.2大體積混凝土澆筑后數(shù)日，水泥水化熱基本上已釋放，大體積混凝土從最高溫逐漸降溫，降溫的結(jié)果引起大體積混凝土收縮，再加上由于大體積混凝土中多余水份蒸發(fā)、碳化等引起的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束（外約束），不能自由變形，導(dǎo)致產(chǎn)生溫度應(yīng)力（拉應(yīng)力），當(dāng)該溫度應(yīng)力超過(guò)大體積混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，則從約束面開(kāi)始向上開(kāi)裂形成溫度裂縫。如果該溫度應(yīng)力足夠大，嚴(yán)重時(shí)可能產(chǎn)生貫穿裂縫。

　　大體積混凝土施工階段產(chǎn)生的溫度裂縫，是其內(nèi)部矛盾 發(fā)展 的結(jié)果。一方面是大體積混凝土由于內(nèi)外溫差產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，另一方面是結(jié)構(gòu)的外約束和大體積混凝土各質(zhì)點(diǎn)間的約束（內(nèi)約束）阻止這種應(yīng)變。一旦溫度應(yīng)力超過(guò)大體積混凝土能承受的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。上述大體積混凝土溫度應(yīng)力的大小取決于水泥、水化熱、拌合澆筑溫度、大氣溫度、收縮變形及當(dāng)量溫度等因素，同時(shí)它與大體積混凝土的降溫散熱條件和硅升降溫速密切相關(guān)的，而大體積混凝土抗拉強(qiáng)度的提高與大體積混凝土本身材料性能有關(guān)，此外還與施工方案及配筋等因素有關(guān)。

　　3、水泥水化熱水泥在水化過(guò)程中要產(chǎn)生一定的熱量，是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來(lái)源。

　　由于大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，所以會(huì)引起急驟升溫。水泥水化熱引起的絕熱溫升，與混凝土單位體積內(nèi)的水泥用量和水泥品種有關(guān)，并隨混凝土的齡期按指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)，一般在10d左右達(dá)到最終絕熱溫升，但由于結(jié)構(gòu) 自然 散熱，實(shí)際上混凝土內(nèi)部的最高溫度，大多發(fā)生在混凝土澆筑后的3～5d.

　　3.1大體積混凝土的導(dǎo)熱性能熱量在大體積混凝土內(nèi)傳遞的能力反映在其導(dǎo)熱性能上。大體積混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)越大，熱量傳遞率就越大，則其與外界熱交換的效率也越高，從而使大體積混凝土內(nèi)最高溫升降低。同時(shí)也減小了大體積混凝土的內(nèi)外溫差�？梢灶A(yù)計(jì)，導(dǎo)熱性能越好，熱峰值出現(xiàn)的時(shí)間也相應(yīng)提前。中部最高溫度的熱峰值及熱峰值出現(xiàn)的時(shí)間與板厚密切有關(guān)。顯見(jiàn)，板越厚，中部點(diǎn)散熱較少，熱峰值也越高，中部受外界溫降影響所需時(shí)間就越長(zhǎng)，峰值出現(xiàn)的時(shí)間也要晚一些。

　　大體積混凝土的導(dǎo)熱性能較差，澆筑初期，混凝土的彈性模量和強(qiáng)度都很低，對(duì)水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應(yīng)力較小。

　　3.2外界氣溫變化大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，外界氣溫的變化對(duì)大體積混凝土開(kāi)裂有重大影響。大體積混凝土的內(nèi)部溫度是澆筑溫度（即大體積混凝土的入模溫度，它是大體積混凝工水化熱溫升的基礎(chǔ)，可以預(yù)見(jiàn)，大體積混凝土的入模溫度越高，它的熱峰值也必然越高。工程實(shí)踐中在高溫季節(jié)澆筑常采用鋼筋預(yù)冷，加冰拌和等措施來(lái)降低澆筑溫度，控制大體積混凝土最高溫升，原因在此）。水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)散熱降溫等各種溫度的疊加之和。

　　3.3施工技術(shù)綜合措施通過(guò)采取合理研配混凝土配合比、斜面分層一次澆筑施工方法、澆筑混凝土后的收頭處理措施、混凝土表面貯水蓄熱保溫保濕養(yǎng)護(hù)等措施以及測(cè)溫控制，施工實(shí)踐表明：選擇大體積混凝土表面貯水熱保溫保濕養(yǎng)護(hù)方式、同時(shí)采用綜合的施工技術(shù)措施，非常成功。