大體積混凝土裂縫產生的機理
發布時間：2010-01-14 共1頁
體積混凝土裂縫產生的機理
體積混凝土裂縫在建筑中經常可以見到，而且隨著科學技術的發展和實驗技術的完善，特別是有關體積混凝土的現代實驗設備的出現(如各種實驗顯微鏡、X光照相設備、超聲儀器、滲透觀測儀等)，已經證實了體積混凝土和鋼筋混凝土結構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:
① 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;
② 水泥石裂縫:指水泥漿中的裂縫，主要出現在鋼筋與鋼筋之間;
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，體積混凝土的裂縫主要指前兩種，他們的存在對于體積混凝土的基本物理力學性質如彈塑性、各種強度、變形、泊松比、結構剛度、化學反應等有著重要的影響。
體積混凝土裂縫產生的原因可按其構造理論加以解釋，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材料，在溫度、濕度和其他條件變化下，混凝土逐步硬化，同時產生體積變形，這種變形是不均勻的，水泥石收縮較，鋼筋收縮很小，水泥石熱膨脹系數較，鋼筋熱膨脹系數較小，他們之間的相互變形引起約束應力。在構造理論中提出了一種簡單的計算模型，即假定圓形鋼筋不變形且均勻分布于均質彈性水泥石中，當水泥石產生收縮時引起內應力，這種應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。于等于0.05mm的裂縫稱為宏觀裂縫，它是裂縫擴展的結果。觀測證實，結構物的裂縫是時刻不停的運動著，這種運動包含兩種意思:一是裂縫寬度的擴展與縮小;二是裂縫長度的延伸及裂縫數量的增加。裂縫穩定的運動是正常的，工程中要防止的是不穩定的裂縫運動。
下面就通過不同的理論基礎來分析體積混凝土溫度裂縫產生的機理。
體積混凝土的破壞機理，現在國內外學者普遍認為是混凝土在澆筑、形成過程中不可避免存在著毛細孔、空隙及材料的裂隙缺陷，在外界因素作用下，這些缺陷部位將產生高度的應力集中，并逐漸擴展發展，形成體積混凝土體中的微裂紋。另一方面，體積混凝土體中各相的結合界面是最薄弱的環節，在外界因素作用下，將脫開而形成截面裂隙，并發展成微裂紋。若外界因素繼續作用，混凝土體中的微裂紋經過匯集、貫通的過程而形成宏觀裂縫。同時，宏觀裂紋的端部又因應力集中而出現新的微裂紋，甚至出現微裂紋區，這又將發展成新的宏觀裂縫或體現為原有宏觀裂紋的延伸。如此反復交替，宏觀裂縫必將沿著一條最薄弱的路徑逐漸擴展，最后使混凝土完全斷開而破壞。因此，體積混凝土材料的破壞過程實際上是損傷、損傷積累、宏觀裂紋出現、損傷繼續積累、宏觀裂縫擴展交織發生的過程。
不論外界因素作用引起的效應是拉、壓、剪或扭，體積混凝土體破壞的過程都是相類似的。如果引起的效應是拉，則微裂紋或微裂縫將沿與之正交的方向擴展;如為壓，則沿與之平行的方向擴展;如為剪或扭，則將沿剪應力的方向滑動擴展。顯然，在非均勻應力場的體積混凝土體中上述微裂紋的萌生與擴展以及宏觀裂紋的出現和擴展，都將首先在高應力區中發生，甚至只集中發生在高應力區，因為當高應力區中裂紋或裂縫擴展時，對相鄰的低應力區產生卸載效應，因此，該區域內的裂紋和裂縫不可能再繼續發育和發展，甚至會引起逆效應，如原來已張開的裂縫可能重新閉合。
體積混凝土結構在施工期經歷了升溫和降溫兩個過程。由于水泥砂漿與鋼筋熱膨脹系數的不同，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生損傷，并隨溫度增加而發展，因此形成界面裂紋，當繼續增加的溫差達到某一數值后，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發展，以致發展成宏觀裂縫，并可能導致混凝土結構發生斷裂破壞，由于損傷是不可恢復的，故在以后的降溫過程中，所形成的界面裂縫不會消失，而且降溫過程中不僅原有的微裂紋會發展，同時也會產生新的微裂紋。
體積混凝土裂縫在建筑中經常可以見到，而且隨著科學技術的發展和實驗技術的完善，特別是有關體積混凝土的現代實驗設備的出現(如各種實驗顯微鏡、X光照相設備、超聲儀器、滲透觀測儀等)，已經證實了體積混凝土和鋼筋混凝土結構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:
① 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;
② 水泥石裂縫:指水泥漿中的裂縫，主要出現在鋼筋與鋼筋之間;
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，體積混凝土的裂縫主要指前兩種，他們的存在對于體積混凝土的基本物理力學性質如彈塑性、各種強度、變形、泊松比、結構剛度、化學反應等有著重要的影響。
體積混凝土裂縫產生的原因可按其構造理論加以解釋，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材料，在溫度、濕度和其他條件變化下，混凝土逐步硬化，同時產生體積變形，這種變形是不均勻的，水泥石收縮較，鋼筋收縮很小，水泥石熱膨脹系數較，鋼筋熱膨脹系數較小，他們之間的相互變形引起約束應力。在構造理論中提出了一種簡單的計算模型，即假定圓形鋼筋不變形且均勻分布于均質彈性水泥石中，當水泥石產生收縮時引起內應力，這種應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。于等于0.05mm的裂縫稱為宏觀裂縫，它是裂縫擴展的結果。觀測證實，結構物的裂縫是時刻不停的運動著，這種運動包含兩種意思:一是裂縫寬度的擴展與縮小;二是裂縫長度的延伸及裂縫數量的增加。裂縫穩定的運動是正常的，工程中要防止的是不穩定的裂縫運動。
下面就通過不同的理論基礎來分析體積混凝土溫度裂縫產生的機理。
體積混凝土的破壞機理，現在國內外學者普遍認為是混凝土在澆筑、形成過程中不可避免存在著毛細孔、空隙及材料的裂隙缺陷，在外界因素作用下，這些缺陷部位將產生高度的應力集中，并逐漸擴展發展，形成體積混凝土體中的微裂紋。另一方面，體積混凝土體中各相的結合界面是最薄弱的環節，在外界因素作用下，將脫開而形成截面裂隙，并發展成微裂紋。若外界因素繼續作用，混凝土體中的微裂紋經過匯集、貫通的過程而形成宏觀裂縫。同時，宏觀裂紋的端部又因應力集中而出現新的微裂紋，甚至出現微裂紋區，這又將發展成新的宏觀裂縫或體現為原有宏觀裂紋的延伸。如此反復交替，宏觀裂縫必將沿著一條最薄弱的路徑逐漸擴展，最后使混凝土完全斷開而破壞。因此，體積混凝土材料的破壞過程實際上是損傷、損傷積累、宏觀裂紋出現、損傷繼續積累、宏觀裂縫擴展交織發生的過程。
不論外界因素作用引起的效應是拉、壓、剪或扭，體積混凝土體破壞的過程都是相類似的。如果引起的效應是拉，則微裂紋或微裂縫將沿與之正交的方向擴展;如為壓，則沿與之平行的方向擴展;如為剪或扭，則將沿剪應力的方向滑動擴展。顯然，在非均勻應力場的體積混凝土體中上述微裂紋的萌生與擴展以及宏觀裂紋的出現和擴展，都將首先在高應力區中發生，甚至只集中發生在高應力區，因為當高應力區中裂紋或裂縫擴展時，對相鄰的低應力區產生卸載效應，因此，該區域內的裂紋和裂縫不可能再繼續發育和發展，甚至會引起逆效應，如原來已張開的裂縫可能重新閉合。
體積混凝土結構在施工期經歷了升溫和降溫兩個過程。由于水泥砂漿與鋼筋熱膨脹系數的不同，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生損傷，并隨溫度增加而發展，因此形成界面裂紋，當繼續增加的溫差達到某一數值后，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發展，以致發展成宏觀裂縫，并可能導致混凝土結構發生斷裂破壞，由于損傷是不可恢復的，故在以后的降溫過程中，所形成的界面裂縫不會消失，而且降溫過程中不僅原有的微裂紋會發展，同時也會產生新的微裂紋。
