大体积混凝土裂缝产生的机理

　　大体积混凝土裂缝产生的机理

　　大体积混凝土裂缝在建筑中经常可以见到，而且随着科学技术的发展和实验技术的完善，特别是有关大体积混凝土的现代实验设备的出现(如各种实验显微镜、X光照相设备、超声仪器、渗透观测仪等)，已经证实了大体积混凝土和钢筋混凝土结构中也存在着肉眼不可见的裂缝。

　　常见裂缝主要有以下三种类型:

　　① 粘着裂缝:指钢筋与水泥石粘接面上的裂缝，主要沿钢筋周围出现;

　　② 水泥石裂缝:指水泥浆中的裂缝，主要出现在钢筋与钢筋之间;

　　③ 钢筋骨料裂缝:指钢筋或者骨料等本身的裂缝。

　　这三种裂缝比较，前两种较多，大体积混凝土的裂缝主要指前两种，他们的存在对于大体积混凝土的基本物理力学性质如弹塑性、各种强度、变形、泊松比、结构刚度、化学反应等有着重要的影响。

　　大体积混凝土裂缝产生的原因可按其构造理论加以解释，即把混凝土看做是由钢筋、水泥石、气体、水份等组成的非均质材料，在温度、湿度和其他条件变化下，混凝土逐步硬化，同时产生体积变形，这种变形是不均匀的，水泥石收缩较大，钢筋收缩很小，水泥石热膨胀系数较大，钢筋热膨胀系数较小，他们之间的相互变形引起约束应力。在构造理论中提出了一种简单的计算模型，即假定圆形钢筋不变形且均匀分布于均质弹性水泥石中，当水泥石产生收缩时引起内应力，这种应力可引起粘着微裂缝和水泥石裂缝，混凝土的裂缝肉眼是看不见的，肉眼可见裂缝范围一般以0.05mm为界。大于等于0.05mm的裂缝称为宏观裂缝，它是裂缝扩展的结果。观测证实，结构物的裂缝是时刻不停的运动着，这种运动包含两种意思:一是裂缝宽度的扩展与缩小;二是裂缝长度的延伸及裂缝数量的增加。裂缝稳定的运动是正常的，工程中要防止的是不稳定的裂缝运动。

　　下面就通过不同的理论基础来分析大体积混凝土温度裂缝产生的机理。

　　大体积混凝土的破坏机理，现在国内外学者普遍认为是混凝土在浇筑、形成过程中不可避免存在着毛细孔、空隙及材料的裂隙缺陷，在外界因素作用下，这些缺陷部位将产生高度的应力集中，并逐渐扩展发展，形成大体积混凝土体中的微裂纹。另一方面，大体积混凝土体中各相的结合界面是最薄弱的环节，在外界因素作用下，将脱开而形成截面裂隙，并发展成微裂纹。若外界因素继续作用，混凝土体中的微裂纹经过汇集、贯通的过程而形成宏观裂缝。同时，宏观裂纹的端部又因应力集中而出现新的微裂纹，甚至出现微裂纹区，这又将发展成新的宏观裂缝或体现为原有宏观裂纹的延伸。如此反复交替，宏观裂缝必将沿着一条最薄弱的路径逐渐扩展，最后使混凝土完全断开而破坏。因此，大体积混凝土材料的破坏过程实际上是损伤、损伤积累、宏观裂纹出现、损伤继续积累、宏观裂缝扩展交织发生的过程。

　　不论外界因素作用引起的效应是拉、压、剪或扭，大体积混凝土体破坏的过程都是相类似的。如果引起的效应是拉，则微裂纹或微裂缝将沿与之正交的方向扩展;如为压，则沿与之平行的方向扩展;如为剪或扭，则将沿剪应力的方向滑动扩展。显然，在非均匀应力场的大体积混凝土体中上述微裂纹的萌生与扩展以及宏观裂纹的出现和扩展，都将首先在高应力区中发生，甚至只集中发生在高应力区，因为当高应力区中裂纹或裂缝扩展时，对相邻的低应力区产生卸载效应，因此，该区域内的裂纹和裂缝不可能再继续发育和发展，甚至会引起逆效应，如原来已张开的裂缝可能重新闭合。

　　大体积混凝土结构在施工期经历了升温和降温两个过程。由于水泥砂浆与钢筋热膨胀系数的不同，在升温过程中温度荷载作用下水泥砂浆与钢筋所形成的界面首先产生损伤，并随温度增加而发展，因此形成界面裂纹，当继续增加的温差达到某一数值后，界面裂纹便向水泥砂浆中延伸。在以后的降温过程中界面裂纹与水泥砂浆中的微裂纹继续发展，以致发展成宏观裂缝，并可能导致混凝土结构发生断裂破坏，由于损伤是不可恢复的，故在以后的降温过程中，所形成的界面裂缝不会消失，而且降温过程中不仅原有的微裂纹会发展，同时也会产生新的微裂纹。

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