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混凝土其裂縫產生的原因

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導語:混凝土是指由膠凝材料將集料膠結成整體的工程複合材料的統稱。通常講的混凝土一詞是指用水泥作膠凝材料,砂、石作集料;與水(可含外加劑和摻合料)按一定比例配合,經攪拌而得的水泥混凝土,也稱普通混凝土,它廣泛應用於土木工程。

混凝土其裂縫產生的原因

混凝土在現代工程建設中佔有重要地位。而在今天,混凝土的裂縫較為普遍,在橋樑工程中裂縫幾乎無所不在。儘管我們在施工中採取各種措施,小心謹慎,但裂縫仍然時有出現。究其原因,我們對混凝土温度應力的變化注意不夠是其中之一。

在大體積混凝土中,温度應力及温度控制具有重要意義。這主要是由於兩方面的原因。首先,在施工中混凝土常常出現温度裂縫,影響到結構的整體性和耐久性;其次,在運轉過程中,温度變化對結構的應力狀態具有顯著的不容忽視的影響。我們遇到的主要是施工中的温度裂縫,因此本文僅對施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做一探討。

  一、裂縫的原因

混凝土中產生裂縫有多種原因,主要是温度和濕度的變化、混凝土的脆性和不均勻性以及結構不合理、原材料不合格(如鹼骨料反應)、模板變形、基礎不均勻沉降等。

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內部温度不斷上升,在表面引起拉應力。後期在降温過程中,由於受到基礎或老混凝土的約束,又會在混凝土內部出現拉應力。氣温的降低也會在混凝土表面引起很大的'拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時,即會出現裂縫。許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢,但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化。如養護不周、時干時濕,表面幹縮形變受到內部混凝土的約束,也往往導致裂縫。混凝土是一種脆性材料,抗拉強度是抗壓強度的1/10左右,短期加荷時的極限拉伸變形只有(0.6~1.0)×104,長期加荷時的極限位伸變形也只有(1.2~2.0)×104。由於原材料不均勻、水灰比不穩定及運輸和澆築過程中的離析現象,在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的,存在着許多抗拉能力很低,易於出現裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中,拉應力主要是由鋼筋承擔,混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結構內出現了拉應力,則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現拉應力或者只出現很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高温度冷卻到運轉時期的穩定温度,往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時温度應力可超過其它外荷載所引起的應力,因此掌握温度應力的變化規律對於進行合理的結構設計和施工極為重要。

  二、温度應力的分析

  (一)根據温度應力的形成過程可分為以下三個階段

1.早期:自澆築混凝土開始至水泥放熱基本結束,一般約30天。這個階段的兩個特徵,一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝上彈性模量的急劇變化。由於彈性模量的變化,這一時期在混凝土內形成殘餘應力。

2.中期:自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定温度時止,這個時期中,温度應力主要是由於混凝土的冷卻及外界氣温變化所引起,這些應力與早期形成的殘餘應力相疊加,在此期間混凝上的彈性模量變化不大。

3.晚期:混凝土完全冷卻以後的運轉時期。温度應力主要是外界氣温變化所引起,這些應力與前兩種的殘餘應力相迭加。

  (二)根據温度應力引起的原因可分為兩類

1.自生應力:邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構,如果內部温度是非線性分佈的,由於結構本身互相約束而出現的温度應力。例如,橋樑墩身,結構尺寸相對較大,混凝土冷卻時表面温度低,內部温度高,在表面出現拉應力,在中間出現壓應力。

2.約束應力:結構的全部或部分邊界受到外界的約束,不能自由變形而引起的應力。如箱梁頂板混凝土和護欄混凝土。這兩種温度應力往往和混凝土的幹縮所引起的應力共同作用。

要想根據已知的温度準確分析出温度應力的分佈、大小是一項比較複雜的工作。在大多數情況下,需要依靠模型試驗或數值計算。混凝土的徐變使温度應力有相當大的鬆弛,計算温度應力時,必須考慮徐變的影響,具體計算這裏就不再細述。