第三章

大體積混凝土基礎結構施工11/27/20231第三章大體積混凝土基礎結構施工混凝土裂縫混凝土溫度應力防止混凝土溫度裂縫的技術措施大體積混凝土基礎結構施工11/27/20232第一節混凝土裂縫11/27/20233一.混凝土裂縫裂縫分類裂縫原因大體積混凝土裂縫的分類最大允許裂縫寬度及處理措施大體積混凝土的裂縫原因11/27/20234裂縫分類微觀裂縫：亦稱“肉眼不可見裂縫”，寬度一般在0.05mm以下，主要有三種：即沿著骨料周圍出現的骨料與水泥石粘結面上的粘著裂縫；分布于骨料之間水泥漿中水泥石裂縫和存在于骨料本身的骨料裂縫。宏觀裂縫：寬度不小于0.05mm的裂縫是肉眼可見裂縫。11/27/20235裂縫原因(1)由外荷載的直接應力(即按常規計算的主要應力)引起的裂縫；(2)由結構的次應力引起的裂縫；(3)由變形變化引起的裂縫，即由溫度、收縮、不均勻沉降、膨脹等變形變化產生應力而引起的。為此，裂縫的產生既與變形大小有關，又與約束的強弱有關。11/27/20236結構產生變形變化時，不同結構之間和結構內部各質點之間都會產生約束，前者稱為“外約束”，后者成為“內約束”。

外約束分為自由體、全約束和彈性約束。

1.自由體自由體即變形不受其他結構任何約束的結構。結構的變形等于結構自由變形，無約束度應力。即變形最大，應力為零。

2.全約束全約束即結構的變形全部受到其他結構的約束，使變形結構無任何變形的可能。即應功最大，變形為零。

3.彈性約束

彈性約束即介于上述兩種約束狀態之間的一種約束，結構的變形受到部分約束，產生部分變形。變形結構和約束結構皆彈性體，二者之間的相互約束稱“彈性約束”，即既有變形，又有應力。這是最常遇到的一種約束狀態。

內約束是當結構截面較厚時，其內部溫度和濕度分布不均勻，引起各質點變形的相互約束。11/27/20237大體積混凝土裂縫分類（1）（1）混凝土澆筑初期，水泥水化產生大量水化熱，使混凝土的溫度很快上升。但由于混凝土表面散熱條件較好，熱量可向大氣中散發，因而溫度上升較少；而混凝土內部由于散熱條件較差，熱量散發少，因而溫度上升較多，內外形成溫度梯度，形成內約束。結果混凝土內部產生壓應力，面層產生拉應力，當該拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土表面就產生裂縫。(2)混凝土澆筑后數日，水泥水化熱基本上已釋放，混凝土從最高溫逐漸降溫，降溫的結果引起混凝土收縮，再加上由于混凝土中多余水分蒸發、碳化等引起的體積收縮變形，受到地基和結構邊界條件的約束（外約束），不能自由變形，導致產生溫度應力（拉應力），當該溫度應力超過混凝土抗拉強度時，則從約束面開始向上開裂形成溫度裂縫。如果該溫度應力足夠大，嚴重時可能產生貫穿裂縫，破壞了結構的整體性、耐久性和防水性，影響正常使用。為此，應盡一切可能堅決杜絕貫穿裂縫。11/27/2023811/27/20239大體積混凝土裂縫分類（2）表面裂縫深層裂縫貫穿裂縫11/27/202310允許裂縫寬度及處理我國的混凝土結構設計規范(GBJlO—89)，對鋼筋混凝土結構的最大允許裂縫寬度亦有明確規定：室內正常環境下的一般構件為0.3mm；露天或室內高濕度環境為0.2mm。由于溫度收縮應力引起的初始裂縫，不影響結構的瞬時承載能力，而對耐久性和防水性產生影響。對不影響結構承載能力的裂縫，為防止鋼筋銹蝕、混凝土碳化、酥松剝落等，應對裂縫加以封閉或補強處理。對于基礎、地下或半地下結構，0．1～0．2mm時，經過一段時間后一般裂縫可以自愈。超過0.2～0．3mm，進行化學灌漿處理。11/27/202311大體積混凝土裂縫原因1、水泥水化熱水泥在水化過程中要產生一定的熱量，是大體積混凝土內部熱量的主要來源。由于大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在結構內部不易散失，所以會引起急驟升溫。水泥水化熱起的絕熱溫升，與混凝土單位體積內的水泥用量和水泥品種有關，并隨混凝土的齡期按指數關系增長，一般在10d左右達到最終絕熱溫升，但由于結構自然散熱，實際上混凝土內部的最高溫度，大多發生在混凝土澆筑后的3～5d。混凝土的導熱性能較差，澆筑初期，混凝土的彈性模量和強度都很低，對水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應力也就較小。隨著混凝土齡期的增長，彈性模量和強度相應提高，對混凝土降溫收縮變形的約束愈來愈強，即產生很大的溫度應力，當混凝土的抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時，便開始產生溫度裂縫。11/27/2023122．約束條件結構在變形變化時，會受到一定的抑制而阻礙其自由變形，該抑制即稱“約束”。如前所述，約束分為外約束與內約束。大體積混凝土由于溫度變化產生變形，這種變形受到約束才產生應力。在全約束條件下，混凝土結構的變形，應是溫差和混凝土線膨脹系數的乘積，即ε＝△T·α，當ε超過混凝土的極限拉伸值εp時，結構便出現裂縫。由于結構不可能受到全約束，且混凝土還有徐變變形，所以溫差在25℃甚至30℃情況下混凝土亦可能不開裂。無約束就不會產生應力，因此，改善約束對于防止混凝土開裂有重要意義。11/27/2023133.外界氣溫變化大體積混凝土施工期間，外界氣溫的變化對大體積混凝土開裂有重大影響。混凝土的內部溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升和結構散熱降溫等各種溫度的疊加之和。外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也愈高；如外界溫度下降，會增加混凝土的降溫幅度，特別在外界溫度驟降時，會增加外層混凝土與內部混凝土的溫度梯度，這對大體積混凝土極為不利。溫度應力是由溫差引起的變形造成的.溫差愈大，溫度應力也愈大.

大體積混凝土不易散熱，其內部溫度有時高達80℃以上，而且延續時間較長，為此研究合理溫度控制措施，對防止大體積混凝土內外溫差懸殊引起過大的溫度應力，顯得十分重要。11/27/2023144．混凝土的收縮變形混凝土的拌合水中，只有約20％的水分是水泥水化所必須的，其余的80％都要被蒸發。混凝土在水泥水化過程中要產生體積變形，多數是收縮變形，少數為膨脹變形，這主要取決于所采用的膠凝材料的性質。混凝土中多余水分的蒸發是引起混凝土體積收縮的主要原因之一。這種干燥收縮變形不受約束條件的影響，若存在約束，即產生收縮應力。混凝土的干燥收縮機理較復雜，其主要原因是混凝土內部孔隙水蒸發變化時引起的毛細管引力所致。這種干