大体积混凝土基础结构施工  (高层建筑施工） 第一节  混凝土裂缝  混凝土是由多种材料组成的非匀质材料，它具有较高的抗压强度、良好的耐久性及抗拉强度低、抗变形能力差、易开裂的特性。 混凝土的裂缝理论不少，有唯象理论、统计理论、构造理论、分子理论和断裂理论，近代混凝土的研究，逐渐由宏观向微观过渡。借助于现代化的试验设备，可以证实在尚未承载的混凝土结构中存在着肉眼看不见的微观裂缝。 “微观裂缝”亦称“肉眼不可见裂缝”，宽度一般在0.05mm以下，主要有三种：即沿着骨料周围出现的骨料与水泥石粘结面上的粘着裂缝；分布于骨料之间水泥浆中水泥石裂缝和存在于骨料本身的骨料裂缝。 上述三种微观裂缝，前两种较多，后者较少。且微观裂缝在混凝土中的分布是不规则、不贯穿的，因此有微观裂缝的混凝土可以承受拉应力。 宽度不小于0.05mm的裂缝是肉眼可见裂缝，称“宏观裂缝”。宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。 混凝土裂缝产生的原因，主要是：     (1)由外荷载的直接应力(即按常规计算的主要应力)引起的裂缝；  (2)由结构的次应力引起的裂缝； (3)由变形变化引起的裂缝，即由温度、收缩、不均匀沉降、膨胀等变形变化产生应力而引起的。 大体积混凝土的裂缝多由变形变化引起的，即结构要求变形，当变形受到约束得不到满足时，引起应力，当该应力超过混凝土抗拉强度时就引起裂缝。 为此，裂缝的产生既与变形大小有关，又与约束的强弱有关。  结构产生变形变化时，不同结构之间和结构内部各质点之间都会产生约束，前者称为“内约束”，后者成为“内约束”。    外约束分为自由体、全约束和弹性约束。    1.自由体 自由体即变形不受其他结构任何约束的结构。结构的变形等于结构自由变形，无约束度应力。即变形最大，应力为零。    2.全约束 全约束即结构的变形全部受到其他结构的约束，使变形结构无任何变形的可能。即应功最大，变形为零。    3.弹性约束    弹性约束即介于上述两种约束状态之间的一种约束，结构的变形受到部分约束，产生部分变形。变形结构和约束结构皆弹性体，二者之间的相互约束称“弹性约束”，即既有变形，又有应力。这是最常遇到的一种约束状态。    内约束是当结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起各质点变形的相互约束。 建筑工程中的大体积混凝土，相对说来体积不算很大，它承受的温差和收缩主要是均匀温差和均匀收缩，故外约束应力占主要地位，因此我们要重点研究由结构变形和外约束引起的应力。    大体积混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化，由此形成的温度应力是导致产生裂缝的主要原因。这种裂缝分为两种：  （1）混凝土浇筑初期，水泥水化产生大量水化热，使混凝土的温度很快上升。但由于混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，因而温度上升较少；而混凝土内部由于散热条件较差，热量散发少，因而温度上升较多，内外形成温度梯度，形成内约束。结果混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。 ( 2 )混凝土浇筑后数日，水泥水化热基本上已释放，混凝土从最高温逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上由于混凝土中多余水分蒸发、碳化等引起的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束（外约束），不能自由变形，导致产生温度应力（拉应力），当该温度应力超过混凝土抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂形成温度裂缝。如果该温度应力足够大，严重时可能产生贯穿裂缝，破坏了结构的整体性、耐久性和防水性，影响正常使用。为此，应尽一切可能坚决杜绝贯穿裂缝。 大体积混凝土内出现的裂缝，按其深度一般可分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝(图6—2)三种。贯穿性裂缝切断了结构断面，破坏结构整体性、稳定性和耐久性等，危害严重。深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定危害性。表面裂缝虽然不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，由于表面裂缝处断面削弱且易产生应力集中，能促使裂缝进一步开展。国内外有关规范对裂缝宽度都有相应的规定，—般都是根据结构工作条件和钢筋种类而定。我国的混凝土结构设计规范(GBJlO—89)，对钢筋混凝土结构的最大允许裂缝宽度亦有明确规定：室内正常环境下的一般构件为0.3mm；露天或室内高湿度环境为0.2mm。 一般来说，由于温度收缩应力引起的初始裂缝，不影响结构的瞬时承载能力，而对耐久性和防水性产生影响。对不影响结构承载能力的裂缝，为防止钢筋锈蚀、混凝土碳化、酥松剥落等，应对裂缝加以封闭或补强处理。 对于基础、地下或半地下结构，裂缝主要影响其防水性能。当裂缝宽度只有0．1～0．2mm时，虽然早期有轻微渗水，经过一段时间后一般裂缝可以自愈。裂缝宽度如超过0.2～0．3mm，其渗水量与裂缝宽度的三次方成正比，渗水量随着裂缝宽度的增大而增加甚快，为此，对于这种裂缝必须进行化学灌浆处理。 大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构的外约束和混凝土各质点间的约束(内约束)阻止这种应变。一旦温度应力超过混凝土能承受的抗拉强度，就会产生裂缝。总结过去大体积混凝土裂缝产生的情况，可知道产生裂缝的原因如下： 1.水泥水化热     水泥在水化过程中要产生一定的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，所以会引起急骤升温。水泥水化热起的绝热温升，与混凝土单位体积内的水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期按指数关系增长，一般在10d左右达到最终绝热温升，但由于结构自然散热，实际上混凝土内部的最高温度，大多发生在混凝土浇筑后的3～5d。 混凝土的导热性能较差，浇筑初期，混凝土的弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力也就较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。   2．约束条件      结构在变形变化时，会受到一定的抑制而阻碍其自由变形，该抑制即称“约束”。 如前所述，约束分为外约束与内约束。大体积混凝土由于温度变化产生变形，这种变形受到约束才产生应力。在全约束条件下，混凝土结构的变形，应是温差和混凝土线膨胀系数的乘积，即ε＝△T·α，当ε超过混凝土的极限拉伸值εp时，结构便出现裂缝。由于结构不可能受到全约束，且混凝土还有徐变变形，所以温差在25℃甚至30℃情况下混凝土亦可能不开裂。 无约束就不会产生应力，因此，改善约束对于防止混凝土开裂有重要意义。 3.外界气温变化 大体积混凝土施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土开裂有重大影响。混凝土的内部温度是浇筑温度、水化热的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加之和。外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；如外界温度下降，会增加混凝土的降温幅度，特别在外界温度骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土极为不利。 温度应力是由温差引起的变形造成的.温差愈大，温度应力也愈大. 大体积混凝土不易散热，其内部温度有时高达80 ℃ 以上，而且延续时间较长，为此研究合理温度控制措施，对防止大体积混凝土内外温差悬殊引起过大的温度应力，显得十分重要。 4 ．混凝土的收缩变形 混凝土的拌合水中，只有约20 ％

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