大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理

　　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)?？梢砸姷?，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的裂縫。

　　常見裂縫主要有以下三種類型:

　?、?粘著裂縫:指鋼筋與水泥石粘接面上的裂縫，主要沿鋼筋周圍出現(xiàn);

　?、?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;

　　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的，肉眼可見裂縫范圍一般以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。觀測(cè)證實(shí)，結(jié)構(gòu)物的裂縫是時(shí)刻不停的運(yùn)動(dòng)著，這種運(yùn)動(dòng)包含兩種意思:一是裂縫寬度的擴(kuò)展與縮小;二是裂縫長(zhǎng)度的延伸及裂縫數(shù)量的增加。裂縫穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)是正常的，工程中要防止的是不穩(wěn)定的裂縫運(yùn)動(dòng)。

　　下面就通過不同的理論基礎(chǔ)來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，大體積混凝土體中各相的結(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)過匯集、貫通的過程而形成宏觀裂縫。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而破壞。因此，大體積混凝土材料的破壞過程實(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)鹉嫘?yīng)，如原來已張開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)過程。由于水泥砂漿與鋼筋熱膨脹系數(shù)的不同，在升溫過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，因此形成界面裂紋，當(dāng)繼續(xù)增加的溫差達(dá)到某一數(shù)值后，界面裂紋便向水泥砂漿中延伸。在以后的降溫過程中界面裂紋與水泥砂漿中的微裂紋繼續(xù)發(fā)展，以致發(fā)展成宏觀裂縫，并可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂破壞，由于損傷是不可恢復(fù)的，故在以后的降溫過程中，所形成的界面裂縫不會(huì)消失，而且降溫過程中不僅原有的微裂紋會(huì)發(fā)展，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生新的微裂紋。

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