大体积混凝土结构的裂缝控制(转载)

1.先介绍一下什么是大体积混凝土（大体积混凝土的定义有很多，根据美国混凝土学会的定义：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，即最大限度减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。日本建筑学会的标准的定义是：结构断面最小尺寸在80cm以上；水化热引起混凝土内的最高温度和外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。如大坝及电站、桥梁、大型工厂、高层建筑及大型设备等的基础。）
2.开裂的原因分析
大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部的矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构物的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度是裂缝。众多工程实例证明，产生裂缝的主要原因如下：
2.1 水泥水化热的影响
水泥在水化过程中产生大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。由于大体积混凝土截面的厚度大，水化日聚集在结构内部不易散发，会引起混凝土内部急剧升温。升温试验研究表明，水泥水化热在1~3d放出的热量最多，大约占总热量的50%左右；浇筑后的3~5d内，混凝土内部温度最高。
初期（一般指前三天）水泥水化热积累温升到一定程度后，由于降温加上内部水分蒸发引起体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束引起拉应力，当该拉应力超过该混凝土的抗拉强度时，整个截面就会出现贯穿裂缝。
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很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力比较小。随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束越来越强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不能抵抗温度应力时，即产生温度裂缝。
2.2 内外约束条件的影响
大体积混凝土与地基浇筑在一起，当温度变化时受到地基的限制，因而产生外部的约束应力。混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀变形受到约束面的约束而产生压应力，此时混凝土的弹性模量很小，而徐变和应力松弛较大，与基层连接不太牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，则产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，则会出现垂直裂缝。
在全约束条件下，混凝土结构的变形是温差与其线膨胀系数的乘积，即ε=△T*a，当ε超过混凝土的极限拉伸εp时，结构便出现裂缝。工程实践证明，当混凝土的内外温差小于25℃时，也可能不产生裂缝。由此可见，降低混凝土的内外温差和改善约束条件，是防止大体积混凝土产生裂缝的重要措施。
2.3外界气温变化的影响
大体积混凝土结构在施工期间，外界气温变化对防止大体积混凝土开裂有着重要影响。混凝土浇筑温度与外界气温有着直接关系，浇筑温度又影响着混凝土的内部温度。
大体积混凝土结构不易散热，其内部温度有的工程竟高达90 ℃以上，而且持续时间较长。温度应力是由温差引起的变形所造成的，如外界气温下降，特别是气温骤降，会加大混凝土的温度梯度，温差愈大，温度应力也愈大，易使大体积混凝土出现裂缝。混凝土内外温差过大形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当这个拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生表面裂缝。
2.4 混凝土的收缩变形影响
混凝土收缩变形分为塑性收缩变形和干燥收缩变形两种。在混凝土硬化之前，处于塑性状态，如果上部混凝土的均匀沉降受到限制，如遇到钢筋或大的骨料，或者平面面积较大的混凝土，其水平方向的减缩比垂直方向更难时，就容易形成一些不规律的塑性收缩性裂缝。
掺入混凝土的拌合水，约有20%的水分是水化反应所必需的，其余80%都要被蒸发，失去的自由水不引起混凝土的手术变形，而吸附水的逸出就会引起混凝土的干燥收缩。除干燥收缩外，还会产生碳化收缩。
2.5 其他因素的影响
建筑物基础的不均匀沉降也会产生裂缝，这种裂缝会随着基础沉降而不断的增大，待地基下沉稳定后，将不会变化。
超荷载使用或未达到设计过早加荷载导致结构出现裂缝，这种裂缝称之为荷载裂缝。
混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续，数量不够，砂率及水灰比过大所造成的裂缝。水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应也会产生裂缝。