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混凝土结构裂缝
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一、混凝土结构微裂缝理论
1、混凝土内部形成微裂缝的机理
结构混凝土内部的微裂缝是混凝土在未受荷载之前出现的裂缝。
裂缝形成的机理可从混凝土本身的材料组成及其约束作用两个方面解释。
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组成材料:为石、砂粗细骨料、水泥和水;经搅拌,砂、石表面均包裹有水泥胶凝体。经振捣,粗骨料(石)之间的孔隙为细骨料(砂)所填充。经养护,水泥水化软质的胶凝体随混凝土龄期增长逐渐向硬质品格转化,多余部分的水分蒸发,在混凝土中出现气孔;
混凝土成型后就是一种固相、液相、气相三相并存的非匀质、非连续、多孔的与时间因素(混凝土龄期)有关的弹塑性材料,这种材料为其内部出现微裂缝提供了必要的和充分的条件;
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约束作用:,由于骨料的收缩变形极小,而软质的胶凝体收缩变形较大,为满足变形一致的需要,两者必然相互约束。
其结果是骨料承受压应力而胶凝体(水泥石)承受约束拉应力。一旦约束拉应力超过水泥石的抗拉强度,即会引起骨料之间的水泥石开裂,这就是混凝土内部在结硬后,混凝土末受荷之前出现微裂缝的机理
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2、根据微裂缝出现部位,可分为三种类型:
当骨料约束水泥石收缩引起的拉应力,大于水泥石的抗拉强度时出现这种水泥石裂缝(图a);
当骨科表面状况可佳,如含泥量过高,以至水泥石与骨料界面粘结强度较低,当水泥石在结硬过程个收缩时,水泥石与骨料之间的约束拉应力大于界面的粘结强度时,出现这种界面微裂缝(图b);
当水泥石与骨料界面的粘结强度较高,(图c)。
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3、微裂缝对混凝土结构的不利影响
微裂缝的出现使混凝土内部形成薄弱环节,降低混凝土的抗裂性能,促使宏观裂缝早现;
微裂缝的开展,使混凝土徐变增加,刚度减小,降低混凝土抵抗变形的能;
在高应力持续作用下,微裂导致的非线性徐变,降低混凝土的持久强度,亦即使混凝土提前丧失承载力;
对预应力混凝土结构,增加由于徐变引起的预应力损失。
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4、微裂缝对混凝土受荷性能的影响
(1)曲线的OA段,混凝土处于弹性工作阶段,~;
(2)曲线的AB段,混凝土处于弹塑性工作阶段,~;
(3)曲线的BC段,混凝土内部裂缝不断开展,在水泥石中出现新裂缝,宏观裂缝开展;
(4)曲线的CD段,宏观裂缝上下贯通,混凝土立即被压碎,试件完全破坏;
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5、控制微裂缝的方法和措施
控制微裂缝的关键,一个是尽可能减少混凝土中多余的水分,减少水分蒸发后遗留的气泡;
另一个是尽可能使混凝土密实,减少混凝土中的孔隙。
采取如下控制微裂缝的措施:
在混凝土施工过程中严格控制水灰比、砂石含泥量、粗、细骨料级配优良和振捣密实等,尽量减少混凝土结硬收缩微裂;
在设计中注意控制轴压比,使混凝土避免长期处于高压应力状态。在施工中严格控制构件底模的拆除时间。
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二、混凝土结构中的裂缝类型
1、根据裂缝的成因和特点,将裂缝分为三种:
一是施工期间产生的裂缝,包括塑性混凝土裂缝、温度裂缝、约束收缩裂缝、施工质量问题裂缝、早期冻融裂缝;
二是耐久性裂缝,包括钢筋锈蚀引起的纵向裂缝、温度变化和收缩作用引起的裂缝、地基不均匀沉降引起的裂缝以及冻融循环作用、混凝土中碱-骨料反应、盐类和酸类物质侵蚀等引起的混凝土结构构件裂缝;
三是荷载作用引起的裂缝。
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