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1研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科目：现代施工技术教师：xx姓名：xxx学号：xxxxxxxx专业：结构工程类别：（学术）上课时间：2015年10月至2015年11月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师(签名)2大体积混凝土裂缝成因及控制措施xxxxxx大学土木工程学院摘要：混凝土结构作为带裂缝工作结构，不可避免裂缝的出现，而裂缝中的有害裂缝对混凝土结构的危害极大，需引起人们的重视。本文首先对大体积混凝土进行了详细的描述，强调了裂缝对大体积混凝土的危害，并对于大体积混凝土裂缝，根据其产生机理，分析其裂缝出现的主要原因。根据裂缝的成因不同，提出通过多种方式与手段实施预防措施。对已形成的有害裂缝，针对裂缝的形式、位置、对混凝土的危害及裂缝所处大体积混凝土的功能不同，提出不同的解决方法。1.引言在当今，随着我国的经济、科技水平不断发展，在建筑工程领域，高层、超高层建筑及大型项目也越来越多，大体积混凝土结构的使用越发广泛。混凝土最大的缺点就是易产生裂缝。而混凝土结构的破坏和建筑物的倒塌，也都是从结构裂缝的扩展开始而引起的。当地下工程(地下室、地下仓库、地下人防工程等)，若出现裂缝，将会产生大量的渗水，使地下工程的使用性能降低或不能使用；而厂房和住宅、办公楼的墙、板、柱、梁出现裂缝后，影响外观，使用寿命，有严重裂缝的建筑物将会威胁到人们的生命和财产安全，故在工程中不允许混凝土结构出现有有害裂缝[1]。顾名思义，大体积混凝土指体积较大的混凝土结构，如大型承台筏型基础、大型桥梁、混凝土重力坝等。如果在施工、使用过程中，有害裂缝影响了结构正常的使用性能，或由于裂缝原因产生了破坏甚至完全的损毁，将对国家及人民造成难以估计的生命威胁和经济损失，后果极其严重，影响极其恶劣。因此，相比于普通的混凝土结构，有害裂缝对于大体积混凝土的危害尤其严重。所以，对大体积混凝土裂缝形成的原因进行分析，研究可以控制裂缝产生的方法，寻找混凝土的开裂位置和程度以及混凝土开裂后的修补措施，意义重大。在经历了混凝土的耐久性不良给人类带来的巨大损失后，与混凝土技术相关的研究人员对混凝土裂缝的成因进行了大量的研究和技术探讨，提出解决混凝土3裂缝的办法和意见，取得了不少的科研成果，尽量使混凝土裂缝对结构的危害降低到最低范围之内[1]。同济大学的蒋正武等人，设计了电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的试验装置，采用多孔混凝土模拟带裂缝的混凝土，以质量增加量、透水系数及声速等为评价指标，研究了电流密度、电解质浓度等因素对不同空隙率的多孔钢筋混凝土的修复效果[2]。武汉大学的陈明、卢文波根据断裂动力学理论及弹性P波与裂缝相互作用的分析，利用混凝土的动态断裂韧度，研究了大体积混凝土深层或贯穿裂缝在爆炸应力波P波作用下的扩展，得到了含裂缝混凝土的安全质点振动速度，并讨论了P波频率及其入射角对安全质点振动速度的影响[3]。潘金龙等运用有限元方法，针对超长大体积混凝土地下结构，模拟了其运行期间升温和降温2种最不利工况下的结构温度场，并对结构进行了温度应力计算分析[4]。朱宏平等结合某实际工程特点，提出了一些关于超长混凝土无锋施工中有利于控制大体积混凝土裂缝开战的措施，在工程实践中证明效果良好[5]。欧进萍等研究了一种具有裂缝自愈合行为的内置胶囊混凝土。采取了理论研究、仿真模拟相结合的方法，建立了胶囊在混凝土中的分布和去向函数，确定了修复胶囊的破坏应力，得到了集合参数和提及率的最佳取值范围，确定了其合理的壁厚。最后，进行了内置胶囊混凝土试验，证明混凝土内置胶囊对混凝土裂缝具有一定的愈合效果[6]。王强等进行了筏板基础大体积混凝土温度裂缝控制的模型试验，提出混凝土内部温度发展趋势大致可分为“急剧升温”、“快速降温”和“平稳降温”3个阶段，其结果为仿真分析与现场温控工作提供了数据支持[7]。李涛等基于大型通用有限元软件ANSYS对大体积混凝土的温度应力进行了研究，其研究结果表明在温度应力发展的关键时期采取降温措施，可有效降低混凝土内部的温度应力，减少混凝土裂缝的出现[8]。对于大体积混凝土裂缝的展开机理，预防措施等还有其他相关研究，在此不再一一列出。42.大体积混凝土裂缝产生的主要原因对于大体积混凝土的定义，各国的认识不完全相同。美国混凝土学会规定，任何浇筑的混凝土，其尺寸大到必须要求解决水化热及随时引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂，则称为大体积混凝土；日本建筑学会标准规定，结构断面最小厚度在800mm以上，且水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温的温差预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。在我国规范规定，混凝土结构物尸体最小尺寸大于等于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土，则成为大体积混凝土。裂缝对大体积混凝土结构的危害非常严重。裂缝会破坏混凝土的结构整体性，产生应力重分布，改变结构的受力状态，明显降低结构的承载力，甚至会使直接导致结构局部甚至整体发生破坏，从而严重影响结构的安全性与耐久性。裂缝的出现使得混凝土的抗渗性降低，空气与水分浸入混凝土内部使得钢筋锈蚀，同样会降低结构的承载能力及耐久性。此外，对于坝体等防水结构，还会致使结构失去防水功能而报废。由于混凝土是由水泥、掺合料、外加剂及水配制的胶结材浆体，将分散的砂、石经搅拌粘合在一起的工程材料，硬结的混凝土含固相、液相、气相，是一种多元、多相、非匀质水泥基复合材料。混凝土又是弹性模量较高而抗拉强度较低的材料，才约束条件下只要发生少许收缩，产生的拉应力往往会大于该龄期混凝土的抗拉强度，导致混凝土发生裂缝。混凝土在浇筑成型后，混凝土骨料对浆体收缩的约束，使混凝土内部从一开始就产生了微裂缝，在环境温度、湿度、荷载等因素作用下，这些微裂缝就可能发展为肉眼可见的宏观裂缝。混凝土开裂的原因多种多样，通常是混凝土体积变化时受到约束，或者由于荷载作用时混凝土内产生过大的拉应力引起的。下面就对大体积混凝土产生裂缝的具体原因进行详细阐述。2.1水泥水化热混凝土浇筑后，水泥的水化热使混凝土内部温度升高，一般每100kg水泥可使混凝土温度升高10℃左右，加上混凝土的入模温度，在2～3天内，混凝土内部温度可达50～80℃。由于大体积混凝土的大体积及混凝土不良的导热性能，大量5水化热被聚集在混凝土内部无法及时排除，使得混凝土体积膨胀。在浇筑初期，混凝土强度和弹性模量都很低，对急剧升温而导致的混凝土变形约束不大，产生的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长，温度不断降低，弹性模量不断提高，对混凝土内部降温收缩的约束也愈加增大，以致产生的拉应力也不断增长。由于混凝土的抗拉强度较抗压强度很低，当拉应力增加至大于混凝土的抗拉强度时，混凝土便会出现温度裂缝。水泥水化热产生的裂缝主要与单位体积混凝土中水泥用量和水泥品种有关，水泥水化热产生的裂缝属于温度应力裂缝。2.2收缩裂缝指由于混凝土收缩而引起的裂缝，主要包括干缩裂缝及塑性收缩裂缝。2.2.1干缩裂缝干缩裂缝产生的主要原因是由于混凝土的内外水分蒸发速度不均匀而导致变形的不同的结果。混凝土硬化后，内部的自由水会逐渐蒸发，导致混凝土产生干燥收缩。但由于表面的水分与内部的水分蒸发速度不同，使得混凝土表面与混凝土内部相比更加干燥，即表面水分蒸发较快变形较大，内部水分蒸发较慢变形较小。表面较大的干缩变形受到混凝土内部的约束，产生了拉应力。当拉应力大于混凝土的抗拉强度时，便会产生干缩裂缝。混凝土的干缩是从撤除养护开始的，早起的干缩裂缝比较细微，往往不为人们所注意。随着时间推移，混凝土的蒸发量和干燥收缩量逐渐增大，裂缝也逐渐明显起来。一般混凝土90d的干缩率为0.04%～0.06%，流动性混凝土为0.06%～0.08%，这是混凝土结构较普遍地发生裂缝的主要原因。混凝土干缩主要和水泥的用量、水泥成分、水灰比、骨料性质及用量、外加剂等有关。2.2.2塑性收缩裂缝混凝土在浇筑捣实但尚未凝结硬化之前，从外观上可以看到混凝土浇筑面上会出现一层清水或从模板缝中渗出部分水，这种现象称为混凝土的泌水。混凝土之所以出现泌水现象，是由于混凝土成型后的静止过程中，部分密度较大的固体颗粒由于重力作用向下沉积，而在混凝土拌合物的各组分当中，水的6密度最小，只能上浮。其中，一部分水上升泌出混凝土外表面，称为外泌水；另一部分水被截留至钢筋及粗骨料下方形成水囊，称为内泌水。当水泥水化产生的胶结强度可组织固体颗粒相对运动或固体颗粒经过迁移已达到紧密的堆积状态时，泌水结束。泌水过程使混凝土体积缩小，内泌水蒸发后产生孔隙及界面裂缝，促成了混凝土塑性收缩裂缝的产生。水灰比，环境温度、风速、相对湿度，混凝土的凝结时间等因素影响混凝土塑性收缩裂缝的产生。图1混凝土塑性收缩裂缝产生示意2.3外界温度变化引起的裂缝在施工阶段，外界气温的变化对大体积混凝土的影响十分明显。气温越高，混凝土的浇筑温度也越高；气温越低，混凝土的内部与表面温差越大，及内外温度梯度越大，这些对大体积混凝土非常不利。水泥水化放热、浇筑温度及结构的散热降温等因素，共同影响着混凝土的内部温度。而温差所引起的温度变形造成了温度应力，温差越大，温度应力也越大。当外界气温急剧变化时，温差所造成的温度应力也会随之急剧变化。这种变化便会导致混凝土内部裂缝的产生。经验表明，在无风天气，混凝土表面温度与环境气温之差大于25℃时，便会出现肉眼可见的温差收缩裂缝，这就是大体积混凝土表面要及时覆盖保温保湿养护的原因。外界气温变化引起的裂缝同水泥水化热引起的裂缝同属于温度应力裂缝。2.4沉陷裂缝7由于地基土质不均匀、松软，回填土不实或浸水，模板支撑间距过大、支撑底部松动、模板刚度不足，冬季冻土化冻等原因。混凝土会由于不均匀沉降而产生沉陷裂缝。沉陷裂缝的宽度通常情况下随沉降量的增长而增长，当地基变形稳定后，沉陷裂缝一般也趋于稳定。沉陷裂缝属于由外荷载引起的结构裂缝。3.大体积混凝土裂缝预防措施由于裂缝的产生是由材料的特性导致的，在混凝土结构中普遍存在且危害较大，因此，要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，并采取各种有效的措施来预防裂缝的出现和发展。3.1干缩及塑性收缩裂缝的预防措施针对干缩及塑性裂缝产生的原因，目前预防该类裂缝的措施主要有以下几点：（1）合理选择原材料为防止混凝土出现干缩及塑性裂缝，在水泥的选择上，一般采用低热水泥，降低水化热产生。同时，由于水灰比越大，浇筑后混凝土的干缩越大，因此要严格控制水灰比，可以通过加入外加剂的方式改善混凝土的流动性等。此外，在细骨料的选择上，应采用中粗砂，不宜使用细砂，同时要严格控制砂中的含泥量，防止裂缝的产生。（2）施工措施在进行混凝土浇筑之前，应将基层和模板浇水湿透。在浇筑后，对表面裸露部位应使用潮湿材料覆盖。在高温、低湿度、大风速环境条件下施工时，在浇注混凝土后，应及早开始进行喷水养护，使混凝土表面保持湿润。注意，大面积混凝土应浇完一段养护一段。当表面发现微细裂缝时，应及时抹压一次，再覆盖养护。（3）养护措施为防止混凝土出现干缩及塑性收缩裂缝，应加强混凝土的早期养护，并适当延长混凝土的养护时间。混凝土养护是整个施工过程中必不可少的一个环节，忽视对混凝土的养护，既会降低混凝土的强度，又易使其在硬化过程中因失水得不到及时补偿而产生裂缝，尤其在高温下施工，更应经常浇水养护。同样，对水泥8砂浆地面，也要严格按施工顺序操作，并加强养护，经常使地面处于湿润状态，也能有效地抑制地面裂缝的产生。在冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间，并可涂刷养护剂养护。3.2温度裂缝的预防措施凝土温度裂缝多出现于大体积混凝土中，温度应力的形成过程可分为早期、中期、晚期三个阶段。由于温度裂缝产生的主要原因是混凝土内外温差过大，因此，为了防止温度裂缝的产生，应采取以下措施：①在水泥的选择上，应尽量选择低热水泥，粉煤灰水泥、矿渣水泥等；②控制水泥用量及水灰比，水泥用量控制在450kg/m3以下，水灰比控制在0.6以下，可以通过掺加减水剂等外加剂的方法来降低水泥用量，改善混凝土的流动性等；③尽量避开炎热天气进行施工，若必须在炎热条件下进行施工时，可使用