10-7混凝土裂縫的形成和控制混凝土結構物的裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。微觀裂縫是指那些肉眼看不見的裂縫，主要有三種，一是骨料與水泥石粘合面上的裂縫，稱為粘著裂縫；二是水泥石中自身的裂縫，稱為水泥石裂縫；三是骨料本身的裂縫，稱為骨料裂縫。微觀裂縫在混凝土結構中的分布是不規則、不貫通的。反之，肉眼看得見的裂縫稱為宏觀裂縫，這類裂縫的范圍一般不小于0.05mm。宏觀裂縫是微觀裂縫擴展而來的。因此在混凝土結構中裂縫是絕對存在的，只是應將其控制在符合規范要求范圍內，以不致發展到有害裂縫。10-7-1混凝土裂縫產生的主要原因混凝土結構的宏觀裂縫產生的原因主要有三種，一是由外荷載引起的，這是發生最為普遍的一種情況，即按常規計算的主要應力引起的；二是結構次應力引起的裂縫，這是由于結構的實際工作狀態與計算假設模型的差異引起的；三是變形應力引起的裂縫，這是由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起結構變形，當變形受到約束時便產生應力，當此應力超過混凝土抗拉強度時就產生裂縫。當混凝土結構物產生變形時，在結構的內部、結構與結構之間，都會受到相互影響、相互制約，這種現象稱為約束。當混凝土結構截面較厚時，其內部溫度和濕度分布不均勻，引起內部不同部位的變形相互約束，這樣的約束稱之為內約束；當一個結構物的變形受到其他結構的阻礙所受到的約束稱為外約束。外約束又可分為自由體、全約束和彈性約束。建筑工程中的大體積混凝土結構所承受的變形，主要是因溫差和收縮而產生的。建筑工程中的大體積混凝土結構中，由于結構截面大，水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會產生較大的溫度變化和收縮作用，由此形成的溫度收縮應力是導致鋼筋混凝土產生裂縫的主要原因。這種裂縫有表面裂縫和貫通裂縫兩種。表面裂縫是由于混凝土表面和內部的散熱條件不同，溫度外低內高，形成了溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，表面的拉應力超過混凝土抗拉強度而引起的。貫通裂縫是由于大體積混凝土在強度發展到一定程度，混凝土逐漸降溫，這個降溫差引起的變形加上混凝土失水引起的體積收縮變形，受到地基和其他結構邊界條件的約束時引起的拉應力，超過混凝土抗拉強度時所可能產生的貫通整個截面的裂縫。這兩種裂縫不同程度上，都屬有害裂縫。高強度的混凝土早期收縮較大，這是由于高強混凝土中以30%~60%礦物細摻合料替代水泥，高效減水劑摻量為膠凝材料總量的1%~2%，水膠比為0.25~0.40，改善了混凝土的微觀結構，給高強混凝土帶來許多優良特性，但其負面效應最突出的是混凝土收縮裂縫幾率增多。高強混凝土的收縮，主要是干燥收縮、溫度收縮、塑性收縮、化學收縮和自收縮。混凝土初現裂紋的時間可以作為判斷裂紋原因的參考：塑性收縮裂紋大約在澆筑后幾小時到十幾小時出現；溫度收縮裂紋大約在澆筑后2到10d出現；自收縮主要發生在混凝土凝結硬化后的幾天到幾十天；干燥收縮裂紋出現在接近1年齡期內。干燥收縮：當混凝土在不飽和空氣中失去內部毛細孔和凝膠孔的吸附水時，就會產生干縮，高性能混凝土的孔隙率比普通混凝土低，故干縮率也低。塑性收縮：塑性收縮發生在混凝土硬化前的塑性階段。高強混凝土的水膠比低，自由水分少，礦物細摻合料對水有更高的敏感性，高強混凝土基本不泌水，表面失水更快，所以高強混凝土塑性收縮比普通混凝土更容易產生。自收縮：密閉的混凝土內部相對濕度隨水泥水化的進展而降低，稱為自干燥。自干燥造成毛細孔中的水分不飽和而產生負壓，因而引起混凝土的自收縮。高強混凝土由于水膠比低，早期強度較快的發展，會使自由水消耗快，致使孔體系中相對濕度低于80%，而高強混凝土結構較密實，外界水很難滲入補充，導致混凝土產生自收縮。高強混凝土的總收縮中，干縮和自收縮幾乎相等，水膠比越低，自收縮所占比例越大。與普通混凝土完全不同，普通混凝土以干縮為主，而高強混凝土以自收縮為主。溫度收縮：對于強度要求較高的混凝土，水泥用量相對較多，水化熱大，溫升速率也較大，一般可達35~40℃，加上初始溫度可使最高溫度超過70~80℃。一般混凝土的熱膨脹系數為10×10-6/℃，當溫度下降20~25℃時造成的冷縮量為2~2.5×10-4，而混凝土的極限拉伸值只有1~1.5×10-4，因而冷縮常引起混凝土開裂。化學收縮：水泥水化后，固相體積增加，但水泥-水體系的絕對體積則減小，形成許多毛細孔縫，高強混凝土水膠比小，外摻礦物細摻合料，水化程度受到制約，故高強混凝土的化學收縮量小于普通混凝土。當混凝土發生收縮并受到外部或內部約束時，就會產生拉應力，并有可能引起開裂。對于高強混凝土雖然有較高的抗拉強度，可是彈性模量也高，在相同收縮變形下，會引起較高的拉應力，而由于高強混凝土的徐變能力低，應力松弛量較小，所以抗裂性能差。10-7-2大體積混凝土裂縫控制的計算10-7-2-1大體積混凝土溫度計算公式1．最大絕熱溫升（二式取其一）（1）Th＝（mc＋k·F）Q/c·ρ（2）Th＝mc·Q/c·ρ（1－e-mt）（10-43）式中Th——混凝土最大絕熱溫升（℃）；mc——混凝土中水泥（包括膨脹劑）用量（kg/m3）；F——混凝土活性摻合料用量（kg/m3）；K——摻合料折減系數。粉煤灰取0.25~0.30；Q——水泥28d水化熱（kJ/kg）查表10-81；不同品種、強度等級水泥的水化熱表10-81水泥品種水泥強度等級水化熱Q（kJ//kg）3d7d28d硅酸鹽水泥42.531435437532.5250271334礦渣水泥32.5180256334c——混凝土比熱、取0.97［kJ/（kg·K）］；ρ——混凝土密度、取2400（kg/m3）；e——為常數，取2.718；t——混凝土的齡期（d）；m——系數、隨澆筑溫度改變。查表10-82。系數m表10-82澆筑溫度（℃）51015202530m（l/d）0.2950.3180.3400.3620.3840.4062．混凝土中心計算溫度T1（t）＝Tj＋Th·ξ（t）式中T1（t）——t齡期混凝土中心計算溫度（℃）；Tj——混凝土澆筑溫度（℃）；ξ（t）——t齡期降溫系數、查表10-83。降溫系數ξ表10-83澆筑層厚度（m）齡期t（d）369121518212427301.00.360.290.170.090.050.030.011.250.420.310.190.110.070.040.031.500.490.460.380.290.210.150.120.080.050.042.500.650.620.570.480.380.290.230.190.160.153.000.680.670.630.570.450.360.300.250.210.194.000.740.730.720.650.550.460.370.300.250.243．混凝土表層（表面下50~100mm處）溫度1）保溫材料厚度（或蓄水養護深度）δ＝0.5h·λx（T2－Tq）Kb/λ（Tmax－T2）（10-45）式中δ——保溫材料厚度（m）；λx——所選保溫材料導熱系數[W/（m·K）]查表10-84；幾種保溫材料導熱系數表10-84材料名稱密度（kg/m33）導熱系數λ［W//（m·K）］材料名稱密度（kg/m33）導熱系數λ［W//（m·K）］建筑鋼材780058礦棉、巖棉110~2000.031~0..06鋼筋混凝土24002.33瀝青礦棉氈100~1600.033~0..052水0.58泡沫塑料20~500.035~0..047木模板500~7000.23膨脹珍珠巖40~3000.019~0..065木屑0.17油氈0.05草袋1500.14膨脹聚苯板15~250.042瀝青蛭石板350~4000.081~0..105空氣0.03膨脹蛭石80~2000.047~0..07泡沫混凝土0.10T2——混凝土表面溫度（℃）；Tq——施工期大氣平均溫度（℃）；λ——混凝土導熱系數，取2.33W/（m·K）；Tmax——計算得混凝土最高溫度（℃）；計算時可取T2－Tq＝15~20℃Tmax＝T2＝20~25℃Kb——傳熱系數修正值，取1.3~2.0，查表10-85。傳熱系數修正值表10-85保溫層種類K1K21純粹由容易透風的的材料組成（如如：草袋、稻稻草板、鋸末末、砂子）2.63.02由易透風材料組成成，但在混凝凝土面層上再再鋪一層不透透風材料2.02.33在易透風保溫材料料上鋪一層不不易透風材料料1.61.94在易透風保溫材料料上下各鋪一一層不易透風風材料1.31.55純粹由不易透風材材料組成（如如：油布、帆帆布、棉麻氈氈、膠合板）1.31.5注：1．K1值為一般刮風情況（風速＜4m/s，結構位置＞25m）；2．K2值為刮大風情況。2）如采用蓄水養護，蓄水養護深度hw＝x·M（Tmax－T2）Kb·λw/（700Tj+0.28mc·Q）（10-46）式中hw——養護水深度（m）；x——混凝土維持到指定溫度的延續時間，即蓄水養護時間（h）；M——混凝土結構表面系數（1/m），M＝F/V；F——與大氣接觸的表面積（m2）；V——混凝土體積（m3）；Tmax－T2——一般取20~25（℃）；Kb——傳熱系數修正值；700——折算系數[kJ/（m3·K）]；λw——水的導熱系數，取0.58[W/（m·K）]。3）混凝土表面模板及保溫層的傳熱系數β＝1/[Σδi/δi＋1/βq]（10-47）式中β——混凝土表面模板及保溫層等的傳熱系數[W/（m2·K）]；δi——各保溫材料厚度（m）；λi——各保溫材料導熱系數[W/（m·K）]；βq——空氣層的傳熱系數，取23[W/（m2·K）]。4）混凝土虛厚度h'＝k·λ/β（10-48）式中h'——混凝土虛厚度（m）；k——折減系數，取2/3；λ——混凝土導熱系數，取2.33[W/（m·K）]。5）混凝土計算厚度H＝h＋2h'（10-49）式中H——混凝土計算厚度（m）；h——混凝土實際厚度（m）。6）混凝土表層溫度T2（t）＝Tq＋4·h'（H－h'）[T1（t）－Tq]/H2（10-50）式中T2（t）——混凝土表面溫度（℃）；Tq——施工期大氣平均溫度（℃）；h'——混凝土虛厚度（m）；H——混凝土計算厚度（m）；T1（t）——混凝土中心溫度（℃）。4．混凝土內平均溫度Tm（t）＝[T1（t）＋T2（t）]/2（10-51）10-7-2-2應力計算公式1．地基約束系數（1）單純地基阻力系數Cx1（N/mm3），查附表10-86單純地基阻力系數Cx1（N/mm3）表10-86土質名稱承載力（kN/mm2）Cx1推薦值軟粘土80~1500.01~0.003砂質粘土250~4000.03~0.006堅硬粘土500~8000.06~0.110風化巖石和低強度度素混凝土5000~1000000.60~1.000C10以上配筋混混凝土5000~1000001.00~1.550（2）樁的阻力系數Cx2＝Q/F（10-52）式中Cx2——樁的阻力系數（N/mm3）；Q——樁產生單位位移所需水平力（N/mm）；當樁與結構鉸接時Q＝2E·I〔KnD/（4E·I）]3/4當樁與結構固接時Q＝4E·I［KnD/（4E·I）]3/4E——樁混凝土的彈性模量（N/mm2）；I——樁的慣性矩（mm4）；Kn——地基水平側移剛度，取1×10-2（N/mm3）；D——樁的直徑或邊長（mm）；F——每根樁分擔的地基面積（mm2）。（3）大體積混凝土瞬時彈性模量E（t）＝E0（1－e-0.09t）（10-53）式中E（t）——齡期混凝土彈性模量（N/mm2）；E0——28d混凝土彈性模量（N/mm2），查附表10-87；混凝土常用數據表10-87強度等級彈性模量E（×104N/mmm2）強度標準值（N//mm2）強度設計值（N//mm2）軸心抗壓fck抗拉ftk軸心抗壓fc抗拉ftC7.51.4550.753.70.55C101.756.70.9050.65C152.20101.207.50.90C202.5513.51.50101.10C252.80171.7512.51.30C303.00202.00151.50C353.1523.52.2517.51.65C403.25272.4519.51.80C453.3529.52.6021.51.90C503.45322.7523.52.00C553.55342.85252.10C603.60362.9526.52.20e——常數，取2.718；t——齡期（d）。（4）地基約束系數β（t）＝（Cx1＋Cx2）/h·E（t）（10-54）式中β（t）——t齡期地基約束系數（1/mm）；h——混凝土實際厚度（mm）；Cx1——單純地基阻力系數（N/mm3），查表10-86；Cx2——樁的阻力系數（N/mm3）；E（t）——t齡期混凝土彈性模量（N/mm2）。2．混凝土干縮率和收縮當量溫差（1）混凝土干縮率εY（t）＝ε0Y（l-e-0.01t）M1·M2…M10（10-55）式中εY（t）——t齡期混凝土干縮率；ε0Y——標準狀態下混凝土極限收縮值，取3.24×10-4；M1·M2…M10——各修正系數，查表10-88。修正系數M1-M10表10-88水泥品種M1水泥細度（cm22/g）M2骨料品種M3W/CM4水泥漿量（％）M5普通水泥1.0015000.92花崗巖1.000.20.65150.90礦渣水泥1.2520000.93玄武巖1.000.30.85201.00快硬水泥1.1230001.00石灰巖1.000.41.00251.20低熱水泥1.1040001.13礫巖1.000.51.21301.45石灰礦渣水泥1.0050001.35無粗骨料1.000.61.42351.75火山灰水泥1.0060001.68石英巖0.800.71.62402.10抗硫酸鹽水泥0.7870002.05白云巖0.950.81.80452.55礬土水泥0.5280002.42砂巖0.90--503.03初期養護時值（dd）M6相對濕度W（％）M7L/FM8操作方法M9配筋率EaFa//EbFbM101~21.11251.2500.54機械振搗1.000.001.0031.09301.180.10.76人工振搗1.100.050.8641.07401.100.21.00蒸汽養護0.850.100.7651.04501.000.31.03高壓釜處理0.540.150.6871.00600.880.41.200.200.61100.96700.770.51.310.250.5514~180.93800.700.61.4040~900.93900.540.71.43≥900.930.81.44注：L——底板混凝土截面周長；F——底板混凝土截面面積；Ea、Fa——鋼筋的彈性模量、截面積；Eb、Fb——混凝土彈性模量、截面積。（2）收縮當量溫差TY（t）＝εY（t）/α（10-56）式中TY（t）——t齡期混凝土收縮當量溫差（℃）；α——混凝土線膨脹系數，1×10-5（1/`C）。3．結構計算溫差（一般3d劃分一區段）ΔTi＝Tm（i）―Tm（i+3）＋TY（i+3）―TY（i）（10-57）式中ΔTi——i區段結構計算溫差（℃）；Tm（i）——i區段平均溫度起始值（℃）；Tm（i+3）——i區段平均溫度終止值（℃）；TY（i+3）——i區段收縮當量溫差終止值（℃）；TY（t）——i區段收縮當量溫差始始值（℃）。4．各區段拉應力（10-58）式中σi——i區段混凝土內拉應力（N/mm2）；——i區段平均彈性模量（N/mm2）；——i區段平均應力松弛系數，查表10-89；松弛系數S（t）表10-89齡期t（d）36912151821242730S（t）0.570.520.480.440.410.3860.3680.3520.3390.327——i區段平均地基約束系數；L——混凝土最大尺寸（mm）；ch——雙曲余弦函數。5．到指定期混凝土內最大應力（10-59）式中σmax——到指定期混凝土內最大應力（N/mm2）；ν——泊桑比，取0.15。6．安全系數K＝ft/σmax（10-600）式中K——大體積積混凝土抗裂裂安全系數，應≥1.15；ft——到指定期混凝土抗抗拉強度設計計值（N/mm2），查表10-87。10-7-2-33平均整澆澆長度（伸縮縮縫間距）1．混凝土極限拉伸伸值εp＝7.5ft（0..1＋μ/d）10-4（lnt/lln28）（10-611）式中εp——混凝土極限拉伸值值；ft——混凝土抗拉強度設設計值（N/mm2）；μ——配筋率（％％），μ＝Fa/Fc；d——鋼筋直徑（mm）；；ln——以e為底的對數；t——指定期齡期（d）；Fa——鋼筋截面積（rnn2）；Fc——混凝土截面積（mm2）。2．平均整澆長度（伸伸縮縫間距）（10-62）式中[Lcp]———平均整澆長長度（伸縮縫縫間距）（mm）；h——混凝土厚度（mmm）；E（t）——指定時刻混凝土彈彈性模量（N/mm2）；Cx——地基阻力系數（NN/mm3），Cx＝Cx1＋Cx2；arch——反雙雙曲余弦函數數；△T——指定時刻的累計結結構計算溫差差（℃）。10-7-3大大體積混凝土土控制溫度和和收縮裂縫的的技術措施為了有效地控制有有害裂縫的出出現和發展，必必須從控制混混凝土的水化化升溫、延緩緩降溫速率、減減小混凝土收收縮、提高混混凝土的極限限拉伸強度、改改善約束條件件和設計構造造等方面全面面考慮，結合合實際采取措措施。10-7-3-11降低水泥水水化熱和變形形1．選用低水化熱或中中水化熱的水水泥品種配制制混凝土，如如礦渣硅酸鹽鹽水泥、火山山灰質硅酸鹽鹽水泥、粉煤煤灰水泥、復復合水泥等。2．充分利用混凝土的的后期強度，減減少每立方米米混凝土中水水泥用量。根根據試驗每增增減10kg水泥，其水水化熱將使混混凝土的溫度度相應升降1℃。3．使用粗骨料，盡量量選用粒徑較較大、級配良良好的粗細骨骨料；控制砂砂石含泥量；；摻加粉煤灰灰等摻合料或或摻加相應的的減水劑、緩緩凝劑，改善善和易性、降降低水灰比，以以達到減少水水泥用量、降降低水化熱的的目的。4．在基礎內部預埋冷冷卻水管，通通入循環冷卻卻水，強制降降低混凝土水水化熱溫度。5．在厚大無筋或少筋筋的大體積混混凝土中，摻摻加總量不超超過20%的大石塊，減減少混凝土的的用量，以達達到節省水泥泥和降低水化化熱的目的。6．在拌合混凝土時，還還可摻入適量量的微膨脹劑劑或膨脹水泥泥，使混凝土土得到補償收收縮，減少混混凝土的溫度度應力。7．改善配筋。為了保保證每個澆筑筑層上下均有有溫度筋，可可建議設計人人員將分布筋筋做適當調整整。溫度筋宜宜分布細密，一一般用φ8鋼筋，雙向向配筋，間距距15cm。這樣可以以增強抵抗溫溫度應力的能能力。上層鋼鋼筋的綁扎，應應在澆筑完下下層混凝土之之后進行。（8）設置后澆縫。當大大體積混凝土土平面尺寸過過大時，可以以適當設置后后澆縫，以減減小外應力和和溫度應力；；同時也有利利于散熱，降降低混凝土的的內部溫度。10-7-3-22降低混凝土土溫度差1．選擇較適宜的氣氣溫澆筑大體體積混凝土，盡盡量避開炎熱熱天氣澆筑混混凝土。夏季季可采用低溫溫水或冰水攪攪拌混凝土，可可對骨料噴冷冷水霧或冷氣氣進行預冷，或或對骨料進行行覆蓋或設置置遮陽裝置避避免日光直曬曬，運輸工具具如具備條件件也應搭設避避陽設施，以以降低混凝土土拌合物的入入模溫度。2．摻加相應的緩凝型型減水劑，如如木質素磺酸酸鈣等。3．在混凝土入模時，采采取措施改善善和