3．變形裂縫產(chǎn)生的原因和特征
3.1 溫度裂縫
3.1.1 產(chǎn)生的原因和特征
水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，每克水泥放出502J的熱量，如果以水泥用量350～550kg/m3來計算，每m3混凝土將放出17500～27500KJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高，在澆筑溫度的基礎(chǔ)上，通常升高35℃左右。如果按著我國施工驗收規(guī)范規(guī)定澆筑溫度為28℃ 則可使混凝土內(nèi)部溫度達到65℃左右。但是，如果沒有降溫措施或澆筑溫度過高，混凝土內(nèi)部溫度高達80～90℃的情況也時有發(fā)生，例如XX大廈在澆筑筏板反梁基礎(chǔ)的大體積混凝土的內(nèi)部溫度，經(jīng)實際測定高達95℃。水泥水化熱在1～3天可放出熱量的50%，由于熱量的傳遞、積存，混凝土內(nèi)部的溫度大約發(fā)生在澆筑后的3～5天，因為混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度低，形成溫度梯度，造成溫度變形和溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力和溫差成正比，溫度越大，溫度應(yīng)力也越大。當這種溫度應(yīng)力超過混凝土的內(nèi)外約束應(yīng)力( 包括混凝土抗拉強度)時，就會產(chǎn)生裂縫。這種裂縫的特點是裂縫出現(xiàn)在混凝土澆筑后的3～5天，初期出現(xiàn)的裂縫很細，隨著時間的發(fā)展而繼續(xù)擴大，甚至達到貫穿的情況。
3.1.2影響因素和防治措施
混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關(guān)?；炷猎胶瘢嘤昧吭酱?，水化熱越高的水泥，其內(nèi)部溫度越高，形成溫度應(yīng)力越大，產(chǎn)生裂縫的可能性越大。
對于大體積混凝土，其形成的溫度應(yīng)力與其結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)，在一定尺寸范圍內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大，溫度應(yīng)力也越大，因而引起裂縫的危險性也越大，這就是大體積混凝土易產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因。因此防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫最根本的措施就是控制混凝土內(nèi)部和表面的溫度差。
3.1.2.1 混凝土原材料和配合比的選用
a．水泥品種選擇和水泥用量控制
大體積鋼筋混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期升溫和后期降溫，產(chǎn)生內(nèi)部和表面的溫差。減少溫差的措施是選用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，在摻加泵送劑或粉煤灰時，也可選用礦渣硅酸鹽水泥。再有，可充分利用混凝土后期強度，以減少水泥用量。根據(jù)大量試驗研究和工程實踐表明，每m3混凝土的水泥用量增減10kg，其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升高或降低1℃。因此，為更好的控制水化熱所造成的溫度升高、減少溫度應(yīng)力，可以根據(jù)工程結(jié)構(gòu)實際承受荷載的情況，對工程結(jié)構(gòu)的強度和剛度進行復核與驗算，并取得設(shè)計單位的同意后，可用56天或90天抗壓強度代替28天抗壓強度作為設(shè)計強度。由于過去土木建筑物層數(shù)不多、跨度不大，且多為現(xiàn)場攪拌，施工工期短，混凝土標準試驗齡期定為28天，但對于具有大體積鋼筋混凝土基礎(chǔ)的高層建筑，大多數(shù)的施工期限很長，少則1～2年，多則4～5年，28天不可能向混凝土結(jié)構(gòu)，特別是向大體積鋼筋混凝土基礎(chǔ)施加設(shè)計荷載，因此將試驗混凝土標準強度的齡期推遲到56天或90天是合理的，正是基于這點，國內(nèi)外許多專家均提出這樣建議。如果充分利用混凝土的后期強度，則可使每m3混凝土的水泥用量減少40～70kg左右，則混凝土溫度相應(yīng)降低4～7℃。最后，為減少水泥水化熱和降低內(nèi)外溫差的辦法是減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下。如果強度允許，可采用摻加粉煤灰來調(diào)整。
b．摻加摻合料
國內(nèi)外大量試驗研究和工程實踐表明，混凝土中摻入一定數(shù)量優(yōu)質(zhì)的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰顆粒呈球狀具有滾珠效應(yīng)，起到潤滑作用，可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性，并且能夠補充泵送混凝土中粒徑在0.315mm以下的細集料達到占15%的要求，從而改善了可泵性。同時，依照大體積混凝土所具有的強度特點，初期處于較高溫度條件下，強度增長較快、較高，但是后期強度增長緩慢。摻加粉煤灰后，其中的活性Al2O3、SiO2與水泥水化析出的CaO作用，形成新的水化產(chǎn)物，填充孔隙、增加密實度，從而改善了混凝土的后期強度。但是應(yīng)當值得注意的是，摻加粉煤灰混凝土的早期抗拉強度和極限變形略有降低。因此，對早期抗裂要求較高的混凝土，粉煤灰摻量不宜太多，宜在10～15%以內(nèi)
特別重要的效果是摻加原狀或磨細粉煤灰之后，可以降低混凝土中水泥水化熱，減少絕熱條件下的溫度升高。摻加粉煤灰的水泥混凝土的溫度和水化熱，在1～28d齡期內(nèi)，大致為：摻入粉煤灰的百分數(shù)就是溫度和水化熱降低的百分數(shù)，即摻加20%粉煤灰的水泥混凝土，其溫升和水化熱約為未摻粉煤灰的水泥混凝土的80%，可見摻加粉煤灰對降低混凝土的水化熱和溫升的效果是非常顯著的。目前許多商品混凝土廠家，由于認識、技術(shù)、設(shè)備(料倉)等原因，尚未有效、充分地利用粉煤灰。
c．摻加外加劑
摻加具有減水、增塑、緩凝、引氣的泵送劑，可以改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性。由于其減水作用和分散作用，在降低用水量和提高強度的同時，還可以降低水化熱，推遲放熱峰出現(xiàn)的時間，因而減少溫度裂縫。
例如，在泵送混凝土中，摻入占水泥重量0.25%的木質(zhì)素磺酸鈣減水劑，不僅能使混凝土的泵送性能改善，而且可以減少拌合水和水泥用量，從而降低水化熱，延遲了水化熱釋放速度 ，推遲放熱峰。因此，不但減少了溫度應(yīng)力，而且使初凝和終凝時間延緩3～8h，降低了大體積混凝土施工中出現(xiàn)冷縫的可能性。
d．選用質(zhì)量優(yōu)良的粗細集料
粗集料
根據(jù)結(jié)構(gòu)最小斷面尺寸和泵送管道內(nèi)徑，選擇合理的粒徑，盡可能選用較大的粒徑。例如5～40mm粒徑可比5～25mm粒徑的碎石或卵石混凝土可減少用水量6～8kg/m3，降低水泥用量15kg/m3，因而減少泌水、收縮和水化熱。
要優(yōu)先選用天然連續(xù)級配的粗集料、使混凝土具有較好的可泵性，減少用水量、水泥用量，進而減少水化熱。
細集料
以采用級配良好的中砂為宜。實踐證明，采用細度模數(shù)2.8的中砂比采用細度模數(shù)2.3的中砂，可減少用水量20～25kg/m3，可降低水泥用量28～35kg/m3，因而降低了水泥水化熱、混凝土溫升和收縮。
泵送混凝土也宜選用合理砂率，其砂率值較低流動性混凝土適當提高是必要的。但是砂率過大，不僅會影響混凝土的工作度和強度，而且能增大收縮和裂縫
3.1 溫度裂縫
3.1.1 產(chǎn)生的原因和特征
水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，每克水泥放出502J的熱量，如果以水泥用量350～550kg/m3來計算，每m3混凝土將放出17500～27500KJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高，在澆筑溫度的基礎(chǔ)上，通常升高35℃左右。如果按著我國施工驗收規(guī)范規(guī)定澆筑溫度為28℃ 則可使混凝土內(nèi)部溫度達到65℃左右。但是，如果沒有降溫措施或澆筑溫度過高，混凝土內(nèi)部溫度高達80～90℃的情況也時有發(fā)生，例如XX大廈在澆筑筏板反梁基礎(chǔ)的大體積混凝土的內(nèi)部溫度，經(jīng)實際測定高達95℃。水泥水化熱在1～3天可放出熱量的50%，由于熱量的傳遞、積存，混凝土內(nèi)部的溫度大約發(fā)生在澆筑后的3～5天，因為混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度低，形成溫度梯度，造成溫度變形和溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力和溫差成正比，溫度越大，溫度應(yīng)力也越大。當這種溫度應(yīng)力超過混凝土的內(nèi)外約束應(yīng)力( 包括混凝土抗拉強度)時，就會產(chǎn)生裂縫。這種裂縫的特點是裂縫出現(xiàn)在混凝土澆筑后的3～5天，初期出現(xiàn)的裂縫很細，隨著時間的發(fā)展而繼續(xù)擴大，甚至達到貫穿的情況。
3.1.2影響因素和防治措施
混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關(guān)?；炷猎胶瘢嘤昧吭酱?，水化熱越高的水泥，其內(nèi)部溫度越高，形成溫度應(yīng)力越大，產(chǎn)生裂縫的可能性越大。
對于大體積混凝土，其形成的溫度應(yīng)力與其結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)，在一定尺寸范圍內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大，溫度應(yīng)力也越大，因而引起裂縫的危險性也越大，這就是大體積混凝土易產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因。因此防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫最根本的措施就是控制混凝土內(nèi)部和表面的溫度差。
3.1.2.1 混凝土原材料和配合比的選用
a．水泥品種選擇和水泥用量控制
大體積鋼筋混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期升溫和后期降溫，產(chǎn)生內(nèi)部和表面的溫差。減少溫差的措施是選用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，在摻加泵送劑或粉煤灰時，也可選用礦渣硅酸鹽水泥。再有，可充分利用混凝土后期強度，以減少水泥用量。根據(jù)大量試驗研究和工程實踐表明，每m3混凝土的水泥用量增減10kg，其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升高或降低1℃。因此，為更好的控制水化熱所造成的溫度升高、減少溫度應(yīng)力，可以根據(jù)工程結(jié)構(gòu)實際承受荷載的情況，對工程結(jié)構(gòu)的強度和剛度進行復核與驗算，并取得設(shè)計單位的同意后，可用56天或90天抗壓強度代替28天抗壓強度作為設(shè)計強度。由于過去土木建筑物層數(shù)不多、跨度不大，且多為現(xiàn)場攪拌，施工工期短，混凝土標準試驗齡期定為28天，但對于具有大體積鋼筋混凝土基礎(chǔ)的高層建筑，大多數(shù)的施工期限很長，少則1～2年，多則4～5年，28天不可能向混凝土結(jié)構(gòu)，特別是向大體積鋼筋混凝土基礎(chǔ)施加設(shè)計荷載，因此將試驗混凝土標準強度的齡期推遲到56天或90天是合理的，正是基于這點，國內(nèi)外許多專家均提出這樣建議。如果充分利用混凝土的后期強度，則可使每m3混凝土的水泥用量減少40～70kg左右，則混凝土溫度相應(yīng)降低4～7℃。最后，為減少水泥水化熱和降低內(nèi)外溫差的辦法是減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下。如果強度允許，可采用摻加粉煤灰來調(diào)整。
b．摻加摻合料
國內(nèi)外大量試驗研究和工程實踐表明，混凝土中摻入一定數(shù)量優(yōu)質(zhì)的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰顆粒呈球狀具有滾珠效應(yīng)，起到潤滑作用，可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性，并且能夠補充泵送混凝土中粒徑在0.315mm以下的細集料達到占15%的要求，從而改善了可泵性。同時，依照大體積混凝土所具有的強度特點，初期處于較高溫度條件下，強度增長較快、較高，但是后期強度增長緩慢。摻加粉煤灰后，其中的活性Al2O3、SiO2與水泥水化析出的CaO作用，形成新的水化產(chǎn)物，填充孔隙、增加密實度，從而改善了混凝土的后期強度。但是應(yīng)當值得注意的是，摻加粉煤灰混凝土的早期抗拉強度和極限變形略有降低。因此，對早期抗裂要求較高的混凝土，粉煤灰摻量不宜太多，宜在10～15%以內(nèi)
特別重要的效果是摻加原狀或磨細粉煤灰之后，可以降低混凝土中水泥水化熱，減少絕熱條件下的溫度升高。摻加粉煤灰的水泥混凝土的溫度和水化熱，在1～28d齡期內(nèi)，大致為：摻入粉煤灰的百分數(shù)就是溫度和水化熱降低的百分數(shù)，即摻加20%粉煤灰的水泥混凝土，其溫升和水化熱約為未摻粉煤灰的水泥混凝土的80%，可見摻加粉煤灰對降低混凝土的水化熱和溫升的效果是非常顯著的。目前許多商品混凝土廠家，由于認識、技術(shù)、設(shè)備(料倉)等原因，尚未有效、充分地利用粉煤灰。
c．摻加外加劑
摻加具有減水、增塑、緩凝、引氣的泵送劑，可以改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性。由于其減水作用和分散作用，在降低用水量和提高強度的同時，還可以降低水化熱，推遲放熱峰出現(xiàn)的時間，因而減少溫度裂縫。
例如，在泵送混凝土中，摻入占水泥重量0.25%的木質(zhì)素磺酸鈣減水劑，不僅能使混凝土的泵送性能改善，而且可以減少拌合水和水泥用量，從而降低水化熱，延遲了水化熱釋放速度 ，推遲放熱峰。因此，不但減少了溫度應(yīng)力，而且使初凝和終凝時間延緩3～8h，降低了大體積混凝土施工中出現(xiàn)冷縫的可能性。
d．選用質(zhì)量優(yōu)良的粗細集料
粗集料
根據(jù)結(jié)構(gòu)最小斷面尺寸和泵送管道內(nèi)徑，選擇合理的粒徑，盡可能選用較大的粒徑。例如5～40mm粒徑可比5～25mm粒徑的碎石或卵石混凝土可減少用水量6～8kg/m3，降低水泥用量15kg/m3，因而減少泌水、收縮和水化熱。
要優(yōu)先選用天然連續(xù)級配的粗集料、使混凝土具有較好的可泵性，減少用水量、水泥用量，進而減少水化熱。
細集料
以采用級配良好的中砂為宜。實踐證明，采用細度模數(shù)2.8的中砂比采用細度模數(shù)2.3的中砂，可減少用水量20～25kg/m3，可降低水泥用量28～35kg/m3，因而降低了水泥水化熱、混凝土溫升和收縮。
泵送混凝土也宜選用合理砂率，其砂率值較低流動性混凝土適當提高是必要的。但是砂率過大，不僅會影響混凝土的工作度和強度，而且能增大收縮和裂縫