混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和防治

1、混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和防治混凝土裂縫一般可分為荷載和變形發(fā)展。荷載裂縫又可分為外荷載和荷載次應(yīng)力裂縫； 變形裂縫也可分為材料自身變形裂縫和結(jié)構(gòu)變形裂縫。本文所述的只是混凝土自身變形 所產(chǎn)生的裂縫，也有學(xué)者稱之為間接裂縫，而非其它裂縫。1概述1. 1引言混凝土裂縫一般可分為荷載和變形發(fā)展。荷載裂縫又可分為外荷載和荷載次應(yīng)力裂縫； 變形裂縫也可分為材料自身變形裂縫和結(jié)構(gòu)變形裂縫。本文所述的只是混凝土自身變形 所產(chǎn)生的裂縫，也有學(xué)者稱之為間接裂縫，而非其它裂縫。1 . 2國(guó)內(nèi)概況在以前，混凝土裂縫并不是一件可怕的事情，在工地現(xiàn)場(chǎng)攪拌、小車運(yùn)送、料斗澆注形 式的混凝土，只要對(duì)混凝土的原材料的質(zhì)量混凝土

2、的攪拌和澆注以及成型、養(yǎng)護(hù)稍加控 制，混凝土的裂縫是完全可以避免的。然而現(xiàn)在的混凝土為商品混凝土，混凝土原材料 質(zhì)量控制、配合比計(jì)量控制以及混凝土攪拌、運(yùn)送、泵送澆注的技術(shù)含量有了空前的提 高，盡管混凝土的養(yǎng)護(hù)也做到了盡善盡美，混凝土的裂縫卻變成了不可避免的事，真可 謂沒(méi)有不裂的混凝土?；炷恋牧芽p已從特殊性轉(zhuǎn)化為普遍性；從可以控制發(fā)展成不可 控制已成為混凝土質(zhì)量的通病，引起工程技術(shù)人員的普遍重視。深受其害的首先是露天混凝土結(jié)構(gòu)，如城市橋梁，有害的腐蝕介質(zhì)都是通過(guò)這些裂縫來(lái) 侵蝕混凝土的；其次是房屋建筑的地下室以及地上結(jié)構(gòu)屋面板、樓板和墻板，使其造成 嚴(yán)重的滲漏。在房屋建筑中，雖然大多數(shù)混凝土

3、的裂縫，并聯(lián)不影響混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，介隨著住宅 建筑的商品化，消費(fèi)者對(duì)混凝土裂縫的投訴越來(lái)越多，因此受到住宅建筑開(kāi)發(fā)商和施工 企業(yè)的高度重視。1 . 3國(guó)外概況裂縫所引起的混凝土耐久性問(wèn)題，在美國(guó)引起轟動(dòng)。1987年美國(guó)國(guó)家材料顧問(wèn)委員會(huì)提交的報(bào)告報(bào)道大約 253000座混凝土橋梁的橋面板，其中部分僅使用不到 20年，由于混凝土裂縫已經(jīng)導(dǎo)致不同程度地破壞，而且每年還將增加35000座。根據(jù)美國(guó)國(guó)家公路合作研究計(jì)劃最近的檢查結(jié)果表明，90年代美國(guó)混凝土橋面普遍轉(zhuǎn)向使用更高強(qiáng)度的混凝土，但發(fā)現(xiàn)10萬(wàn)座混凝土橋面板是在混凝土澆筑后一個(gè)月內(nèi)就出現(xiàn) 了間隔1-3米的貫穿性裂縫。看來(lái)高強(qiáng)混凝土還是無(wú)濟(jì)于事

4、。研究還表明：這些結(jié)構(gòu)物 的設(shè)計(jì)、材料和施工都是符合現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展水平的。對(duì)混凝土裂縫所引起的耐久性的重視，主要是由于經(jīng)濟(jì)因素，美國(guó)的一些專家預(yù)計(jì)，修補(bǔ)和翻修現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用以10億美元計(jì)。與投稿世額修補(bǔ)和翻修費(fèi)用相比，研制抗菌素裂性能更好的混凝土，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，而只需很少的維修費(fèi)用，肯有更重要的意義?，F(xiàn)在病歷提出研制不裂縫、耐久性達(dá) 到100年甚至更長(zhǎng)的混凝土。2混凝土材料裂縫產(chǎn)生的原因2 . 1裂縫產(chǎn)生的原因受約束的混凝土，當(dāng)溫度、混凝土收縮等因素所產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就被拉裂而產(chǎn)生裂縫。Rogalla等人在1995年普查了美國(guó)的混凝土橋面板后得到的結(jié)論是：一

5、、混凝土收縮導(dǎo)致大部分裂縫。而不是由于混凝土硬化期交通荷載或振動(dòng)作用；二、這些橋面板都是用 高強(qiáng)混凝土制備，早期具有高彈模，因此在溫度變化一定或干縮量相同甘共苦時(shí)，產(chǎn)生 較高的應(yīng)力；更重要的是：混凝土的徐變對(duì)這種應(yīng)力沒(méi)有什么釋放作用；三、高強(qiáng)混凝 土通常水泥用量較大，因此收縮更大，早期水化時(shí)的溫度更高；現(xiàn)今的水泥由于細(xì)長(zhǎng)大、 含較多白堿和C3S ,就更容易導(dǎo)致開(kāi)裂。從以上可以知道，導(dǎo)致混凝土的裂縫的主要原因是由于混凝土收縮引起的。3 . 2混凝土收縮混凝土收縮包括：混凝土自收縮和混凝土干縮?；炷磷允湛s主要是指在與外界絕濕的條件下混凝土的收縮；混凝土的干縮是在某些方面混凝土毛細(xì)孔中多余的水的蒸

6、發(fā)所導(dǎo)致混凝土體積的縮小。不論是自收縮或干縮，還包括混凝土的化學(xué)收縮，這是我們以前已已知道的。那也什么是導(dǎo)致混凝土裂縫一發(fā)不可收拾的原因呢？其原因包括以下幾方 面：2. 2. 1水泥性能對(duì)混凝土收縮的影響2. 2. 2外加劑對(duì)混凝土收縮的影響2. 2. 3混凝土硬化前的收縮2. 3"早強(qiáng)"帶來(lái)的后果為追求高效益，必須加快工程進(jìn)展，往往要求混凝土早強(qiáng)，早強(qiáng)便混凝土水灰比減少，導(dǎo)致混凝土自收縮增大；早強(qiáng)使混凝土的早期彈性模量大大增加，大家知道混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力與混凝土收縮量和彈性模式成正比，從而大大增加了因混凝土收縮所產(chǎn)生 的拉應(yīng)力。這對(duì)于脆性材料的混凝土來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)致

7、命的打擊，使本來(lái)能抵抗收縮 所產(chǎn)生的拉應(yīng)力的事實(shí)成為泡影，其結(jié)果混凝土只能被拉裂。3 . 4使混凝土產(chǎn)生裂縫的其它原因當(dāng)然混凝土的裂縫是由多種原因造成的，包括設(shè)計(jì)、材料、施工各個(gè)環(huán)節(jié)，這里不再詳述。3防治裂縫技術(shù)措施3. 1水泥的選擇3. 2外加劑的選擇高性能外加劑的一個(gè)重要指標(biāo)是收縮率比。普通外加劑的收縮比為135%，那么高性能外加劑的收縮率比應(yīng)小于等于100%。也就是說(shuō)，添加外加劑的混凝土收縮性能起碼要與普通混凝土相當(dāng)，而不能低于普通混凝土。這里介紹一種高性能液體高效減水劑，其摻量為水泥用的2.5%的情況下，其減水率為 25%,收縮率比僅為 67% ,也就是說(shuō)摻加 了高性能外加劑，其收縮值

8、只是普通混凝土的67%。3. 3摻合料的選擇在混凝土中摻加抗裂性能好的活性摻合料，不僅可以降低水泥廠用量，減少混凝土收縮,耐用可以緩解混凝土早期開(kāi)裂的危險(xiǎn)性。因?yàn)閾郊涌沽研阅芎玫幕钚該胶狭峡梢越档突?凝土早期強(qiáng)度，減少混凝土的早期收縮，從而緩解混凝土早期開(kāi)裂的危險(xiǎn)性。并能增進(jìn) 混凝土的后期強(qiáng)度。3.4施工措施在混凝土澆注成型后，應(yīng)及時(shí)覆蓋，避免水分蒸發(fā)?；炷翝补?-2小時(shí)后，有條件的工地可對(duì)混凝土二次復(fù)振，可提高混凝土強(qiáng)度5%-20%。據(jù)日本一些資料介紹，在氣候條件不好的季節(jié)施工，可在樓板混凝土澆注后1小時(shí)左右再進(jìn)行振搗，其用意是待混凝土沉縮一階段后，再振搗將其裂紋消除。應(yīng)該指出，根據(jù)最新的

9、研究表明：良好的早期養(yǎng)護(hù)，對(duì)混凝土的強(qiáng)度極其密實(shí)性是和要的，然而過(guò)度的濕養(yǎng)護(hù)，對(duì)混凝土的抗裂性能具有副面影響。要獲得具有良好抗裂性能的混凝土，只有適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)，才能使混凝土的早期強(qiáng)度不至于過(guò)高，從而能使早期的混 凝土具有良好的松馳性能，釋放混凝土早期收縮圈套而產(chǎn)生的強(qiáng)拉應(yīng)力，同時(shí)能保持較 多的未水化的水泥顆粒，使其具有良好的裂縫自愈能力。3.5構(gòu)造措施4高性能混凝土4. 1對(duì)以往防止混凝土裂縫技術(shù)措施的評(píng)價(jià)4.1.1 級(jí)配混凝土4.1.2 加密配筋混凝土4. 1. 3微膨脹混凝土4. 1. 4關(guān)于混凝土抗裂性能的評(píng)價(jià)方法我國(guó)現(xiàn)有的評(píng)價(jià)混凝土抗裂性能研究的試驗(yàn)方法有混凝土自由收縮試驗(yàn)方法限制膨脹試

10、驗(yàn)方法。然而這兩種試驗(yàn)方法對(duì)混凝土在實(shí)際工程中的抗裂性能的評(píng)價(jià)，不能提供足夠的信息。自由收縮試驗(yàn)方法，不能反映在約束狀態(tài)下的混凝土應(yīng)力狀態(tài)下，才能達(dá)到補(bǔ)償混凝土收縮的作用。到目前為此，我們認(rèn)為評(píng)價(jià)混凝土抗裂性能的較好試驗(yàn)方法是評(píng)價(jià)塑性抗裂性能的平板試驗(yàn)和評(píng)價(jià)混凝土在約束狀態(tài)下的應(yīng)力松馳性能的圓環(huán)試驗(yàn)方法。對(duì)這兩種試驗(yàn)方法,我們正在做進(jìn)一步的試驗(yàn)研究，有關(guān)研究成果，將另行發(fā)表。防裂混凝土應(yīng)向高性能混凝土方向發(fā)展，這是不言而喻的。根據(jù)防裂混凝土的特點(diǎn)，其發(fā)展方向如下：4. 2. 1具有高度體積穩(wěn)定性的混凝土，即具有較小的收縮，達(dá)到在約束狀態(tài)下的混凝 土，其極限收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的極限拉應(yīng)

11、力，使混凝土自身具有抵抗開(kāi)裂 的能力。4. 2. 2具有較小的水化熱，避免混凝土因內(nèi)外溫度梯度所產(chǎn)生的拉應(yīng)力而拉裂混凝土。4. 2防裂混凝土發(fā)展方向4. 2. 3具有良好的耐久性，包括：很強(qiáng)的抗水滲透能力、抗氯離子滲透能力、抗硫酸 鹽腐蝕能力、抗碳化能力和抗凍能力。4. 2. 4向綠色混凝土方向發(fā)展。盡量減少水泥用量，以減少因生產(chǎn)水泥所產(chǎn)生的二氧 化碳；利用工業(yè)廢料或城市廢棄物，生產(chǎn)混凝土原材料，保護(hù)人類生存環(huán)境。4.3高性能混凝土下面介紹三種具有很強(qiáng)抗裂性能的高性能混凝土。1 .3.1高性能補(bǔ)償收縮混凝土高性能補(bǔ)償收縮混凝土與普通微膨脹混凝土的多另是前者能補(bǔ)償50%以上的收縮，而后者不能或只

12、能補(bǔ)償混凝土很小的收縮量；前者不會(huì)發(fā)生"延誤膨脹"，而后者會(huì)發(fā)生"延遲膨脹"。這種高性能混凝土在施工中，可在100米內(nèi)連續(xù)澆注混凝土，180米內(nèi)只設(shè)加強(qiáng)帶而不設(shè)后澆帶，可大大提高施工速度，深受建設(shè)、設(shè)計(jì)和施工單位的歡迎。4 . 3. 2纖維高性能混凝土纖維高聚物性能混凝土是采用高性能外加劑和高性能纖維拌制而成的，具有高抗裂性的高性能混凝土。高性能外加劑的性能指標(biāo)如本文中3。1所述，這時(shí)不再詳述。CABR-FIBER高性能纖維，其性能指標(biāo)如表達(dá)式所示。表達(dá)式：高性能纖維與美國(guó)杜拉纖維性能對(duì)比性能指標(biāo)CABR-FIBER高性能纖維美國(guó)杜拉纖維抗拉強(qiáng)度（MPa

13、）1600 276彈性模量（MPa） 45000 3793我們對(duì)普通混凝土、微膨脹混凝土和纖維高性能混凝土的各種性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)比試驗(yàn)原材料如表 2所示，配合比如表 3所示。對(duì)比試驗(yàn)內(nèi)容包括抗壓強(qiáng)度、避裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和混凝土抗?jié)B試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。表2:地比試驗(yàn)原材料選用材料名稱材料品種水泥普通拉法基425#石子碎卵石，最大粒徑 20mm砂子河砂，細(xì)度模數(shù)2.6外加劑CABR-SF高性能外加劑；FDN高效減水劑纖維CABR-FIBER高性能纖維膨脹劑UEA天津表3:對(duì)比試驗(yàn)混凝土配合比類型試樣編號(hào) 水泥（kg） UEA（kg）纖維（kg）石子（kg）砂子（kg）水灰比 外加劑品種外加

14、劑摻量（含固量）基準(zhǔn) R8-2-3 300 0 0 1138 759 0.67 _ 0FDN+UEA R8-10-3 276 24 0 1138 759 0.51 FDN 0.65%SF+纖維 R8-2-2 300 0 0.6 1138 759 0.51 CABR-SF 0.60%注：FDN+UEA 表示摻FDN與UEA的混凝土； SF+纖維表示摻 CABU SF與CABR -FIBER纖維的混凝土。表4:對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)類型試樣編號(hào)齡期養(yǎng)護(hù)條件抗壓強(qiáng)度MPa劈拉強(qiáng)度MPa抗折強(qiáng)度MPa抗?jié)B基準(zhǔn) R8-2-3 3 標(biāo)養(yǎng) 17.3/100 0.70/100 EDN+UEA R8-10-3 3 標(biāo)

15、養(yǎng) 22.3/129 1.60/228 SF+纖維 R8-2-2 3 標(biāo)養(yǎng) 33.1/191 2.06/294 基準(zhǔn) R8-2-3 7 標(biāo)養(yǎng) 22.0/100 1.44/100 FDN+UEA R8-10-3 7 標(biāo)養(yǎng) 29.6/135 2.29/159 SF+纖維 R8-2-2 7 標(biāo)養(yǎng) 43.4/197 2.60/181 基準(zhǔn) R8-2-3 28 標(biāo)養(yǎng) 33.6/100 2.01/100 4.12/100 6MPa 已涌透FDN+UEA R8-10-3 28 標(biāo)養(yǎng) 48.9/146 2.12/105 4.50/109 4MPa 已涌透SF+纖維 R8-2-2 28 標(biāo)養(yǎng) 54.6/163

16、3.44/171 5.58/135 4MPa 高度 4-5mm從表中可以看出，纖維高性能混凝土的抗壓比基準(zhǔn)混凝土有很大的提高，R3和R7提高90%以上，R28提高60%以上。最值得注意的是纖維高性能混凝土能有效地提高混凝土 的抗拉強(qiáng)度，這是其它任何混凝土所沒(méi)有的?；炷恋?8天劈拉和抗強(qiáng)度，比基準(zhǔn)混凝士提高71%和35% ,而微膨脹混凝土 28天強(qiáng)度，只有抗壓強(qiáng)度有所提高，劈拉和抗折 強(qiáng)度幾乎沒(méi)有提高。纖維高性能混凝土的抗?jié)B壓力大大提高，而微膨脹混凝土的抗?jié)B壓 力比基準(zhǔn)混凝土沒(méi)有提高。這說(shuō)明纖維高性能混凝土具有很強(qiáng)的抗裂、抗?jié)B和抗腐能力。4. 3. 3低收縮高性能混凝土技術(shù)補(bǔ)償收縮混凝土、是混凝土生產(chǎn)微膨脹來(lái)補(bǔ)償混凝土的收縮，而低收縮高性能混凝土是 混凝土不產(chǎn)生微膨脹、靠減少自身的收縮來(lái)達(dá)到其高性能的。還有一點(diǎn)是低收縮高性能 混凝土的早期彈性模量較低，這對(duì)于混凝