浅谈混凝土工程早期裂缝问题-论文网__期刊目录网,论文发表,发表论
所属栏目：建筑设计论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:129
副标题#e#
浅谈混凝土工程早期裂缝问题
何勇1陈松敏2吕波3
1.徐州空军学院军需系，徐州，221000
2.95996部队，北京，100010
3.广空后机场营房处广东广州510052
摘要：近年来，随着混凝土工程的技术发展，也出现了一些问题，其中混凝土工程早期裂缝越来越为人们所关注。对早期裂缝的认识及控制中需要解决的一些问题进行了探讨。
关键词：早期裂缝；体积变形；裂缝控制；应力松弛.
引言
混凝土工程技术在不断取得进步的同时也不可避免地暴露出了一些新问题，其中现代混凝土的早期体积稳定性越来越差，由此造成的混凝土早期裂缝问题成为当前工程界亟待解决的问题。现在,这一问题越来越受到人们的关注，国内外学者围绕这一问题展开了大量的学术研究与工程实践。然而，迄今混凝土的早期裂缝还未得到很好的控制。
混凝土早期裂缝主要是由伴随水泥水化发生的温度与湿度变化引起的各种体积变形(主要是自收缩、干燥收缩、温度变形)造成的，而早期混凝土的各种性能本身是在不断发展变化当中，影响因素又众多，因此对这一问题的研究涉及到热力学、物理化学、断裂力学、流变力学、计算力学、扩散理论等诸多学科，是一个多学科交叉的复杂边缘难题。尽管目前国内外围绕早期开裂进行了大量的研究，但对混凝土早期性能尚缺乏系统的认识，对早期裂缝的控制尚处于理论的研究当中，对早期裂缝的有效控制、预测还有待研究与发展。
一、早期裂缝日趋严重的必然性
早期裂缝问题日趋严重有其必然性[1]。首先，从材料的角度看，现代混凝土自身的组分发生了很大的变化：水灰比越来越小，单位体积水泥用量不断增加，水泥细度不断减小，新型早强水泥的生产应用，包括高效减水剂在内的各种化学外加剂的应用，磨细掺合料，尤其是硅灰的使用。在传统混凝土不断朝着高强、高性能方向发展的同时，这些变化却使得混凝土早期的放热和收缩增加，这是导致现代混凝土早期开裂趋势日益增大的客观因素。其次，从施工工艺的角度看，泵送施工增加了水泥用量、砂率、坍落度，现浇成型又提高了养护的难度，这些都加剧了混凝土早期裂缝的出现；而一些施工单位对现场养护缺乏足够的重视，甚至片面地追求工程进度，这又为早期裂缝的出现增加了主观因素。再次，从结构体型的角度看，混凝土体量越来越大，结构形式日趋复杂，这为混凝土的早期体积稳定性增加了一些不确定因素。最后，从使用环境的角度看，随着工程建设的深入，对混凝土结构本身的要求也在不断提高，如要求结构承受更为严峻的环境(海洋环境、高温环境、干湿交替环境)，这更使得控制早期开裂面临更大的挑战。
近十几年，早期裂缝成为当前混凝土裂缝问题的焦点是跟整个行业环境密切相关的。首先是施工人员素质，这主要指的是专业素养方面，施工人员的素质还不是很高,专业知识匮乏。其次，业主或普通民众的素质。近年来国内围绕混凝土裂缝(多数是早期裂缝)的质量纠纷时有发生，值得肯定的是，这说明人们的工程质量意识在提高。但这当中也存在对工程裂缝问题的一些认识误区，因为有些裂缝并不严重，不会危害到结构本身，只要适当处理封闭就可以了，但往往这个时候将问题复杂化。因此，相关的裂缝工作者尚应担起“裂缝常识”普及化的责任，提高普通官兵的认知素质。
二、早期裂缝控制存在的主要问题
混凝土早期裂缝之所以一直困扰着工程界，得不到有效的控制，这是与许多因素密切相关的。如对诸多的早期裂缝形成机理缺乏系统的认识，早期影响开裂的因素众多，混凝土早期性能的不确定性等等。随着当前混凝土趋于高性能化，新的材料不断出现，以及人们对结构耐久性的逐渐重视，很多新的问题或者一直被忽视的现象亟待解决与研究，尤其是涉及混凝土早期性能方面的。因此新的测试方法与#p#副标题#e#新的评估模式都有待建立起来，比如对于混凝土的收缩，现行规范是测成型3天后的干燥收缩，而在结构设计当中对收缩因素的考虑也是很粗糙的，这些显然不适用于以低水胶比与掺磨细矿物掺料为特征的高强高性能混凝土。因为研究证实这类混凝土的自收缩量与干燥收缩量相当，甚至超过后者，且自收缩主要发生存浇筑后1～3天内的早龄期，可见自收缩是混凝土早期性能的一大重要影响因素。因此对于早期3天前的干燥收缩、自收缩等问题都应在规范当中有所反映，结构设计与施工当中须将这些“新”的因素考虑进去，新的收缩测试方法也有待确立。另外，材料方面膨胀剂的收缩补偿效能有待从新评估，新型减缩材料比如减缩剂(SRA)的减缩效能也需经试验认证。
当前早期裂缝的控制研究尚存在如下三方面主要问题:
1.结构设汁方面
混凝土早期裂缝的生成效应主要是温度作用(热胀冷缩)、湿度作用(干缩湿胀等)，以及施工临时支撑结构的变形、地基沉降变形等变形作用，而评估这些变形作用对混凝土开裂效应的分析方法目前还未有系统成熟的理论可借鉴。至于荷载作用，在早期主要为施工荷载，由其造成的开裂效应可采用成熟的结构分析计算方法，这在施工技术规范和结构设计规范中都有明确的规定。然而，变形作用引起的开裂效应缺乏这方面的理论规定。
此外，由于对早期性能的认识不足，在结构设计时对收缩、徐变等的估计较为粗糙，这容易引起设计缺陷，为混凝土开裂埋下隐患。
2.材料性能方面
与早期裂缝相关的混凝土早期性能主要包括温度作用、湿度作用、应力松弛与徐变变形效应。[2]
(1)温度作用
温度作用涉及早期混凝土的水化热、环境温度、材料的热工特性。对于早期温度裂缝的控制主要是对于一些大体积结构。国内，朱伯芳早在1976年就对大坝的大体积混凝土温度裂缝做了详细论述，王铁梦也对工业与民用建筑中的大体积混凝土裂缝，如基础底板的温度进行了系统研究。RILEM于1989年专门建立了相应的技术委员会TCll9，研讨预防混凝土早期温度裂缝问题，该委员会还组织了圈际研讨会来加深对这方面的认识。
对于早期温度裂缝的控制成效较为显著，其相关的理论(如水化温升模型、温度场理论)也相对较为成熟。但还有一些尚待深入认识的性能，如混凝土的热膨胀系数(ThermalDilationCoefficient，简称TDC)，这是一个将材料温度变化转化为结构应变的材料参数。目前结构设计中仅涉及到成熟混凝土的TDC，认为是一个常数，通常取10×10-6／℃。但事实上，在早期硬化过程中，这是一个随时间变化极大的变量，直到成熟后才接近常数。但目前对早期的TDC研究还相当有限，至今未取得共识，这在一定程度上将影响早期收缩的准确评估。
(2)收缩作用[3]
混凝土的收缩是造成其变形裂缝的主要因素之一，在早期主要包括塑性收缩、白收缩、干燥收缩，第二章将对此进行详细论述。应该说，对于混凝土早期收缩性能的研究是目前针对混凝土早期裂缝控制展开的又一个学术热点。然而，由于长期以来对自收缩现象的忽视，而随着高强、高性能混凝土的发展，这一问题的重要性也逐渐被人们关注，针对干燥引起的自收缩问题，至今已召开了多次国际研讨会[4]。然而，对这一问题的认识还有待进一步认识，特别是从机理上和量测上尚应深入研究并取得共识。此外，减水剂对混凝土早期收缩的影响也应重新加以评估，尤其在早期前三天的龄期内。由于长期以来，缺乏对混凝土早期前三天的收缩量测的统一方法，因此，针对早期裂缝的频频发生，许多相关的问题有待重新思考与评估，确立一套标准化的早龄期(初凝后前三天)收缩测量系统显得尤为迫切。
(3)徐变变形与应力松弛效应
徐变是对固体材料在固定荷载作用下随时间产生缓慢变形的现象所进行的描述，而固体材料在固定变形约束#p#副标题#e#下，其内部的应力随时间逐渐变化的现象定义为应力松弛。对这两者的研究是有效预测荷载与变形作用引起的混凝土约束应力水平及开裂效应的关键。早期变形作用下(包括温度变形与收缩变形)的混凝土实际内约束应力受徐变效应影响很大，而早期混凝土徐变及应力松弛效应是个复杂的时程过程，随混凝土水化性能的发展而发展。通常认为徐变可以松弛减低早期混凝土内部由于温度和收缩变形引起的拉应力积累，从而缓解裂缝的产生和发展。然而尚缺乏对这方面的定量研究，理论上也远未达到应用的水平。
当然，徐变问题的研究离不开对早期混凝土弹性模量的准确认识，早期弹性模量的时程变化也是一个值得深入探究的问题。
3．施工方面
施工的好坏在一定程度上可以说是决定混凝土施工养护方面凝土开裂与否的关键，因为客观的开裂原因造成了目前施工中存在的诸多问题，在此，作者想要着重强调的一点是“因素我们可以在设计与材料的使用上降到最低限度，然而如果施工这一主观因素控制的过程做不到位，那么所有之前的努力都是徒劳的。一些客观的切实提高对混凝土早期养护重要性的清晰认识并付诸实施”。当然，这需要科研人员与工程主管部门的不懈引导。
尽管对早期裂缝的控制存在以上三方面的问题，但需要明确的是，这三者不是孤立的，而是相辅相成，密不可分的。因为对材料性能的系统深入认识有助于为结构设计提供更完备的基本资料，提高结构设计的准确性与前瞻性；结构设计的种种不尽合理的假设与粗糙估计也恰恰为材料性能的进一步研究提供了的方向；而这两者的合理运用为施丁过程提供了理论依据与指导，也有待施工过程的实践证实与问题的发现，从而推动材料的研究与设计的完善。
小结
早期裂缝的被受关注是现代混凝土应用中出现的一个新的课题，许多问题亟待认清与解决，针对现代混凝土伴随着材料应用的多样性与施工工艺的改变等引起的新特性，逐步建立相应的新的测试方法与新的评估模式，并结合结构、材料、施工三方面的进一步互动研究，最终早期裂缝这一长期困扰的问题一定可以得到圆满解决.
参考文献：
[1]朱耀台，混凝土结构早期收缩裂缝的试验研究与收缩应力场的理论建模，浙江大学硕
士学位论文，2005，3
[2]朱伯芳，大体积混凝土温度应力与温度控制[M]，第一版．北京：中国电力出版社，1999
[3]王铁梦．工程结构裂缝控制[M]，第一版．北京：中国建筑工业出版社，1998
[4]BPerson，GFagerlund，Self-desiccationandItsImportanceinConcreteTechnology，
ProceedingsoftheThirdInternationalResearchSeminarinLund，June14．15，2002
