浅谈水工混凝土的裂缝控制
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建筑 与发展
・１ ６２・
Ｊｉ ＺｈｕＹｕ ａ ｈａｎ ａｎ Ｆ Ｚ
浅谈水工混凝土的裂缝控制
李美玉 云 南省弥勒县 水电勘测设ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ队
【 摘
云 南 弥勒
６ ２０ ５３ ０
要 】 水工混凝 土建筑物 （ ） 坝 裂缝是长期 困扰人们的 问题， 尽管从 ２ 世 纪３ 年代 开始 ，已采用 了一系列抗裂措 施， ０ ０ 还是无法避免裂缝的
混 凝 土 是 当 今 世 界 上 用 量 最 大 、 用 途 最 广 泛 的 工 程 材 料 。在 土
木 、水利 水 电与建筑 工程 ，海洋 及港 湾建 设工程 ，交通 运输 与铁 路 工程 ，甚 至航 空航天 工程 ，都 有混凝 土应 用的 实例 。混凝 土材 料为
人 类 的文 明 与建 设 作 出 了 巨大 的贡 献 。 目前 世 界 各 国兴 建 的 高 度 在 ３ ０ 米 的混 凝 土 坝 中 ，混 凝 土 重 力坝 、 拱 坝 和 支 墩 坝 约 占 ７ 以上 。 除 ０％
水 工混凝 土坝 外 ，水 闸、船 闸、港工 建筑物 ，以及 重 型机器 基础 等
也往 往是用大 体积 混凝 土建筑 的 。
１ 裂 缝 形 成 原 因 、
在 大 体 积 混 凝 土 中 ， 研 究 温 度 应 力 及 温 度 控 制 具 有 重 要 意 义 。这 主 要 是 由 于 两 方 面 的 原 因 。 首 先 ，在 施 工 中 混 凝 土 常 常 出 现 温 度 裂 缝 ， 影 响 到 结 构 的 整 体 性 和 耐 久 性 ； 其 次 ， 在 运 转 过 程 中 ， 温 度 变 化对 结构的应 力状态 具有显著 的不容忽视 的影响 。 混凝 土 中产 生 裂 缝 有 多 方 面 的 原 因 ，主 要 是温 度 和 湿 度 的 变 化 ， 混 凝 土 的 脆 性 和 不 均 匀 性 ， 以 及 分 缝 分 块 不 妥 当 和 结 构 形 式 不 合 理 等 ， 此 外 ， 原 材 料 不 合 格 、模 板 变 形 、 基 础 不 均 匀 沉 降 等 因 素 也 会 引 起 裂 缝 但 在 混 凝 土 结 构 中 常 见 的 主 要 是 温 度 和 干 缩 裂 缝 。 混 凝 土 硬 化 期 间水 泥 放 出 大量 水 化 热 ， 内部 温 度 不 断 上 升 ，造 成 温 差 和 温 度 梯 度 过 大 ， 引 起 胀 缩 不 均 ， 产 生 温 度 应 力 ，在 表 面 引 起 拉 应 力 。 刚 性地 基 上 的混 凝 土 在 降温 过 程 中 ， 由 于 受 到 基 础 或 老 混 凝 上 的约 束 ， 也会 在 混 凝 土 内 部 出现 拉 应 力 。 气 温 的 降 低 也会 在 混 凝 土 表 面 引起 很 大 的 拉 应 力 。当 这 些 拉 应 力超 出 混 凝 士 的 抗 裂 能 力 时 ， 即
出现 ， 经研 究发现其根本原因是只重视早期表面养护而忽视 了 后期表 面保护。如果做好基础 混凝 土温度控制 ， 加上长期表面保 护 ， 就可能防止混凝
土 建 筑物 的 裂缝 。
【 关键词 】 混凝土 温度应力 裂缝
控制
要 因 素 之 一 。 薄 拱 坝 和 支 墩 坝 ， 由于 厚 度 较 小 ， 受 外 界 温 度 变 化 影 响大 ，在 严 寒 地 区 有 专 门 的 温 度 控 制 措 施 。 大 头 坝 和 宽缝 重 力 坝 ， 在
会 出现 裂 缝 。
所 以 ，在 大体 积混 凝土 结构设 计、施 工 中，温度 应力 的控制 和 防止裂 缝的措 旖是保证建 筑物安 全性 和耐久性重 要 内容 。
２ 、温 度 应 力 的发 展 过 程 及 类 型
在 混 凝 土 中 ， 温 度 应 力 的 发 展 过 程 可 以分 为 以 下 三 个 阶 段 ： ａ、 早 期 ： 自浇 筑 混 凝 土 开 始 至 混 凝 土 凝 结 期 、 硬 化 期 。这 个 阶段 的 两 个 特 征 ， 一 是 水 泥 放 出大 量 的 水 化 热 ： 二 是 由 于 旋 工 工 艺 、 养 护 、 自然 环 境 可 能 使 混 凝 土 弹 性 模 量 的 急 剧 变 化 。 由 于 弹 性 模 量 的 变化 ，这～ 时期 在混 凝土 内形成 残 余应力 。 ｂ、 中期 ： 自水 泥 放 热 作 用 基 本 结 束 时 起 至 混 凝 土 冷 却 到 稳 定 温 度 时止 ，这 个 时 期 中 ，温 度 应 力 主 要 是 由于 混 凝 土 的冷 却 及 外 界 气 温 变 化 所 引起 ，这 些 应 力 与 早 期 形 成 的 残 余应 力 相 叠 加 ，在 此 期 间 混 凝 上 的弹 性模 量变 化不 大 。 Ｃ、晚 期 ： 混凝 土 完全 冷 却 以后 的 运 转 时期 。 温 度 应 力 主 要 是 外 界气 温 变 化 所 引 起 ， 这 些 应 力 与 前 两 种 的 残 余 应 力 相 迭 加 。 从 力 学 观 点来 看 ， 根 据 引 起 应 力 的 原 因 ， 温 度 应 力 可 以 分 为 为 以
施工 中因暴 露面很 多，受温度影响后也容 易发生裂缝 。腹拱坝在 拱顶 及坝 踵 存在温 度 应力 ，如温 度控 制措 施不 合理 ，也会 发 生裂缝 。 在大 体积混凝 土结构中，温度变化对 结构的应力状态 具有重要的
影 响 。有 时温 度 应 力 可超 过 其 它 外 荷 载 所 引起 的 应 力 ， 因此 掌握 温 度 应 力 的变 化 规 律 对 于 进 行 合 理 的结 构 设 计 和 施 工 极 为 重 要 。 例 如 ， 我 国某 重 力 坝 孔 口应 力 进 行 的研 究 就 表 明 ， 按 照 产 生 应 力 的 大 小 排 列 ， 各 种 荷 载 的 次 序 是 ：温 度 、 内 水 压 力 、 自重 、 外 水 压 力 ； 而 且 温 度 应 力 比 其 它 各 种 荷 载 产 生 应 力 的总 和 还要 大 。因 而 在 某 坝 工 程 建 设 中 ， 正 是 由 于 温 度 应 力 的 有 利 因 素 ， 为 国家 节 省 大 量 投 资 。
・１ ６２・
Ｊｉ ＺｈｕＹｕ ａ ｈａｎ ａｎ Ｆ Ｚ
浅谈水工混凝土的裂缝控制
李美玉 云 南省弥勒县 水电勘测设ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ队
【 摘
云 南 弥勒
６ ２０ ５３ ０
要 】 水工混凝 土建筑物 （ ） 坝 裂缝是长期 困扰人们的 问题， 尽管从 ２ 世 纪３ 年代 开始 ，已采用 了一系列抗裂措 施， ０ ０ 还是无法避免裂缝的
混 凝 土 是 当 今 世 界 上 用 量 最 大 、 用 途 最 广 泛 的 工 程 材 料 。在 土
木 、水利 水 电与建筑 工程 ，海洋 及港 湾建 设工程 ，交通 运输 与铁 路 工程 ，甚 至航 空航天 工程 ，都 有混凝 土应 用的 实例 。混凝 土材 料为
人 类 的文 明 与建 设 作 出 了 巨大 的贡 献 。 目前 世 界 各 国兴 建 的 高 度 在 ３ ０ 米 的混 凝 土 坝 中 ，混 凝 土 重 力坝 、 拱 坝 和 支 墩 坝 约 占 ７ 以上 。 除 ０％
水 工混凝 土坝 外 ，水 闸、船 闸、港工 建筑物 ，以及 重 型机器 基础 等
也往 往是用大 体积 混凝 土建筑 的 。
１ 裂 缝 形 成 原 因 、
在 大 体 积 混 凝 土 中 ， 研 究 温 度 应 力 及 温 度 控 制 具 有 重 要 意 义 。这 主 要 是 由 于 两 方 面 的 原 因 。 首 先 ，在 施 工 中 混 凝 土 常 常 出 现 温 度 裂 缝 ， 影 响 到 结 构 的 整 体 性 和 耐 久 性 ； 其 次 ， 在 运 转 过 程 中 ， 温 度 变 化对 结构的应 力状态 具有显著 的不容忽视 的影响 。 混凝 土 中产 生 裂 缝 有 多 方 面 的 原 因 ，主 要 是温 度 和 湿 度 的 变 化 ， 混 凝 土 的 脆 性 和 不 均 匀 性 ， 以 及 分 缝 分 块 不 妥 当 和 结 构 形 式 不 合 理 等 ， 此 外 ， 原 材 料 不 合 格 、模 板 变 形 、 基 础 不 均 匀 沉 降 等 因 素 也 会 引 起 裂 缝 但 在 混 凝 土 结 构 中 常 见 的 主 要 是 温 度 和 干 缩 裂 缝 。 混 凝 土 硬 化 期 间水 泥 放 出 大量 水 化 热 ， 内部 温 度 不 断 上 升 ，造 成 温 差 和 温 度 梯 度 过 大 ， 引 起 胀 缩 不 均 ， 产 生 温 度 应 力 ，在 表 面 引 起 拉 应 力 。 刚 性地 基 上 的混 凝 土 在 降温 过 程 中 ， 由 于 受 到 基 础 或 老 混 凝 上 的约 束 ， 也会 在 混 凝 土 内 部 出现 拉 应 力 。 气 温 的 降 低 也会 在 混 凝 土 表 面 引起 很 大 的 拉 应 力 。当 这 些 拉 应 力超 出 混 凝 士 的 抗 裂 能 力 时 ， 即
出现 ， 经研 究发现其根本原因是只重视早期表面养护而忽视 了 后期表 面保护。如果做好基础 混凝 土温度控制 ， 加上长期表面保 护 ， 就可能防止混凝
土 建 筑物 的 裂缝 。
【 关键词 】 混凝土 温度应力 裂缝
控制
要 因 素 之 一 。 薄 拱 坝 和 支 墩 坝 ， 由于 厚 度 较 小 ， 受 外 界 温 度 变 化 影 响大 ，在 严 寒 地 区 有 专 门 的 温 度 控 制 措 施 。 大 头 坝 和 宽缝 重 力 坝 ， 在
会 出现 裂 缝 。
所 以 ，在 大体 积混 凝土 结构设 计、施 工 中，温度 应力 的控制 和 防止裂 缝的措 旖是保证建 筑物安 全性 和耐久性重 要 内容 。
２ 、温 度 应 力 的发 展 过 程 及 类 型
在 混 凝 土 中 ， 温 度 应 力 的 发 展 过 程 可 以分 为 以 下 三 个 阶 段 ： ａ、 早 期 ： 自浇 筑 混 凝 土 开 始 至 混 凝 土 凝 结 期 、 硬 化 期 。这 个 阶段 的 两 个 特 征 ， 一 是 水 泥 放 出大 量 的 水 化 热 ： 二 是 由 于 旋 工 工 艺 、 养 护 、 自然 环 境 可 能 使 混 凝 土 弹 性 模 量 的 急 剧 变 化 。 由 于 弹 性 模 量 的 变化 ，这～ 时期 在混 凝土 内形成 残 余应力 。 ｂ、 中期 ： 自水 泥 放 热 作 用 基 本 结 束 时 起 至 混 凝 土 冷 却 到 稳 定 温 度 时止 ，这 个 时 期 中 ，温 度 应 力 主 要 是 由于 混 凝 土 的冷 却 及 外 界 气 温 变 化 所 引起 ，这 些 应 力 与 早 期 形 成 的 残 余应 力 相 叠 加 ，在 此 期 间 混 凝 上 的弹 性模 量变 化不 大 。 Ｃ、晚 期 ： 混凝 土 完全 冷 却 以后 的 运 转 时期 。 温 度 应 力 主 要 是 外 界气 温 变 化 所 引 起 ， 这 些 应 力 与 前 两 种 的 残 余 应 力 相 迭 加 。 从 力 学 观 点来 看 ， 根 据 引 起 应 力 的 原 因 ， 温 度 应 力 可 以 分 为 为 以
施工 中因暴 露面很 多，受温度影响后也容 易发生裂缝 。腹拱坝在 拱顶 及坝 踵 存在温 度 应力 ，如温 度控 制措 施不 合理 ，也会 发 生裂缝 。 在大 体积混凝 土结构中，温度变化对 结构的应力状态 具有重要的
影 响 。有 时温 度 应 力 可超 过 其 它 外 荷 载 所 引起 的 应 力 ， 因此 掌握 温 度 应 力 的变 化 规 律 对 于 进 行 合 理 的结 构 设 计 和 施 工 极 为 重 要 。 例 如 ， 我 国某 重 力 坝 孔 口应 力 进 行 的研 究 就 表 明 ， 按 照 产 生 应 力 的 大 小 排 列 ， 各 种 荷 载 的 次 序 是 ：温 度 、 内 水 压 力 、 自重 、 外 水 压 力 ； 而 且 温 度 应 力 比 其 它 各 种 荷 载 产 生 应 力 的总 和 还要 大 。因 而 在 某 坝 工 程 建 设 中 ， 正 是 由 于 温 度 应 力 的 有 利 因 素 ， 为 国家 节 省 大 量 投 资 。