混凝土開裂機(jī)理分析及抗裂措施研究_ppt

1、xx工程研究院xx 博士混凝土開裂機(jī)理分析及抗裂措施研究前言混凝土開裂調(diào)查及原因分析混凝土開裂機(jī)理分析擬采用的抗裂措施纖維對混凝土抗裂能力的影響膨脹劑對混凝土抗裂能力的影響結(jié)論與建議水泥混凝土： 生產(chǎn)能耗低，工藝簡單，成本小 較耐久，防火，適應(yīng)性強(qiáng)，使用方便 產(chǎn)量：10億m3/年，較1995年增長2倍以上 21世紀(jì)內(nèi)，水泥混凝土仍然將是現(xiàn)代建設(shè)無法替代的主要建筑材料。 前言 混凝土因這一“先天”缺陷而影響其抗?jié)B、抗凍、抗化學(xué)介質(zhì)侵蝕、抗鋼筋銹蝕等性能，造成混凝土使用壽命大大縮短，維護(hù)修復(fù)費用大量上升！ 據(jù)有關(guān)資料，美國每年用于混凝土修復(fù)費用高達(dá)上千億美元，我國也將在數(shù)千億元 脆性大抗拉強(qiáng)度低特

2、別易開裂抗沖擊 抗彎 全國的鐵路、公路及市政建設(shè)速度在近十年來非常快。與此同時，也建設(shè)了大量鋼筋混凝土橋梁。這些公路橋或鐵路橋有些處于沿海地域，投入使用10年左右就出現(xiàn)了嚴(yán)重的損傷破壞。我們調(diào)查了xx、山東、浙江寧波等地的公路系統(tǒng)和鐵路系統(tǒng)新建和服務(wù)十幾年的鋼筋混凝土橋梁。這些橋梁均有不同程度裂縫和開裂，具體破壞情況見圖?；炷灵_裂調(diào)查及原因分析xx市市政工程研究院混凝土橋梁破壞狀況The breakage of steel reinforced concrete bridgexx市市政工程研究院xx市市政工程研究院xx市市政工程研究院橋面鋪裝層開裂狀況xx市市政工程研究院xx市市政工程研究院

3、xx大學(xué)土木工程系橋面鋪裝層開裂狀況橋墩開裂狀況xx市市政工程研究院橋墩開裂狀況xx市市政工程研究院橋梁的裂縫特征：橋墩、主梁、蓋梁、橋面板和護(hù)欄都有開裂現(xiàn)象，裂縫形式包括塑性收縮裂縫和硬化收縮裂縫。以上調(diào)查及測試結(jié)果表明：受調(diào)查的這幾座橋梁的混凝土均有相當(dāng)嚴(yán)重開裂現(xiàn)象。照此推算若干年后，有害離子經(jīng)裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部，造成鋼筋銹蝕。盡管以上數(shù)據(jù)只來自幾座橋梁，但其反映出的問題卻帶有普遍性。如果不設(shè)法進(jìn)行防治，會對橋梁使用安全性和人民生命財產(chǎn)安全帶來重大影響。因此，對鋼筋混凝土橋梁提供有效的抗裂措施，延緩或阻止混凝土裂縫形成已成為一個迫在眉睫的重大課題。xx市市政工程研究院水泥基混凝土材料特點：

4、自重大、抗拉強(qiáng)度低、易于干縮開裂。混凝土開裂原因： 1.塑性收縮，2.干縮收縮，3.碳化收縮，4.自身收縮，5.溫度收縮。混凝土耐久性的影響：抗?jié)B性、抗凍性、抗化學(xué)介質(zhì)侵蝕、抗鋼筋銹蝕等性能。本文就是針對混凝土開裂原因，提出相對應(yīng)的抗裂措施。xx市市政工程研究院混凝土種類塑性收縮開裂總權(quán)重值/mm2塑性開裂相對權(quán)重值/%基準(zhǔn)混凝土141.8100摻10%SF混凝土719.2507摻20%礦渣混凝土461.8325摻30%FA混凝土148.9105xx市市政工程研究院混凝土種類水灰比w/c塑性收縮開裂總權(quán)重值/mm2塑性開裂相對權(quán)重值%基準(zhǔn)混凝土0.40227.81001#混凝土0.50321.

5、51402#混凝土0.55543.62383#混凝土0.30378.4166xx市市政工程研究院混凝土種類水泥400kg塑性收縮開裂總權(quán)重值/mm2相對開裂權(quán)重（%）1#混凝土P.O.32.5711.51002#混凝土P.O.42.5863.5121.43#混凝土P.52.51067.0150.1xx市市政工程研究院混凝土種類水泥用量塑性收縮開裂總權(quán)重值/mm2相對開裂權(quán)重（%）1#混凝土380437.5100.02#混凝土360320.573.03#混凝土320189.843.0 xx市市政工程研究院混凝土種類砂率（%）相對收縮開裂總權(quán)重（%）1#混凝土38100.02#混凝土40125.8

6、3#混凝土45143.74#混凝土48205.0 xx市市政工程研究院塑性收縮開裂機(jī)理 經(jīng)過分析探討，認(rèn)為水泥基材料澆注成型后，由于水與水泥基材料的親潤性，水分蒸發(fā)時表層材料毛細(xì)管中形成凹液面，其凹液面上表面張力的垂直分量形成了對管壁間材料的拉應(yīng)力, 此時材料處于塑性階段，材料自身的塑性抗拉強(qiáng)度較低，若材料表層毛細(xì)管失水收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力毛細(xì)管與材料塑性抗拉強(qiáng)度f塑滿足下式： 毛細(xì)管 f塑 則材料表層將會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。xx市市政工程研究院塑性收縮開裂機(jī)理 若改變水泥基材料組成及其所處環(huán)境條件，一方面可使材料抵抗開裂的塑性抗拉強(qiáng)度發(fā)生變化，另一方面也可使毛細(xì)管失水收縮形成的毛細(xì)管張力發(fā)生改變，從而

7、使毛細(xì)管與f塑滿足下式： 毛細(xì)管 f塑 則材料表層的開裂狀況可得以減輕，甚至消失。 xx市市政工程研究院混凝土塑性收縮的解決之道-提高塑性抗拉強(qiáng)度減小毛細(xì)管張力 xx市市政工程研究院擬采用的抗裂措施盡可能采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰選擇合適水泥在滿足混凝土工作性能和物理力學(xué)性能前提下盡可能降低砂率摻加一定量纖維摻加一定量膨脹劑等xx市市政工程研究院纖維對混凝土抗裂能力影響xx市市政工程研究院各種纖維對收縮力變化的影響 由圖中實驗結(jié)果可見，摻加纖維不僅可以降低塑性收縮應(yīng)力，而且可以使達(dá)到最大塑性收縮應(yīng)力時間延長。摻加聚丙烯腈纖維12mm、聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維6mm后，水泥砂漿總的最大塑性收縮應(yīng)力分別為10

8、00N/m2；1600N/m2；和1450N/m2，較不摻纖維的1710N/m2均有不同程度的下降，其中聚丙烯腈纖維12mm可在推遲達(dá)到塑性收縮應(yīng)力時間的同時，使塑性收縮應(yīng)力降低最明顯。 水泥砂漿、混凝土的塑性應(yīng)力降低和達(dá)到最大塑性收縮應(yīng)力時間推遲可以使水泥砂漿、混凝土通過提高其相對塑性抗拉強(qiáng)度來達(dá)到抗裂的目的。 xx市市政工程研究院在提高其抗裂能力前提下大幅度提高混凝土的抗氯離子滲透能力xx市市政工程研究院xx市市政工程研究院xx市市政工程研究院xx市市政工程研究院各類纖維對塑性收縮開裂的影響Influence of fibers on plastic shrinkage and crack

9、ing 砂 漿 種 類塑性收縮開裂總權(quán)重值 /cm塑性開裂相對權(quán)重值 /%基準(zhǔn)混凝土161.5100聚丙烯腈纖維6mm100.7562.38聚丙烯纖維12mm56.336.86改性聚丙烯纖維7.254.49博凱超纖維UF5009.756.00 xx市市政工程研究院 由表中實驗結(jié)果可知，各種纖維對混凝土抗裂效果是不一樣的，聚丙烯腈纖維對混凝土的塑性減裂效果為36.6；未改性聚丙烯纖維塑性減裂效果為63.1；而改性聚丙烯纖維對混凝土塑性減裂效果為95.5、博凱超纖維對混凝土塑性減裂效果為94.0，因此可以認(rèn)為改性聚丙烯纖維和博凱超纖維對抵抗混凝土塑性開裂十分有效。xx市市政工程研究院改性聚丙烯纖維

10、降低混凝土開裂風(fēng)險的機(jī)理在于提高混凝土塑性抗拉強(qiáng)度；而博凱超纖維同時具有減小混凝土毛細(xì)管張力和提高混凝土塑性抗拉程度。xx市市政工程研究院膨脹劑對混凝土抗裂能力影響xx市市政工程研究院由表中數(shù)據(jù)可見，隨著濕度的增大，裂縫數(shù)量明顯減少，當(dāng)養(yǎng)護(hù)濕度為100%時，無裂縫產(chǎn)生，而當(dāng)濕度為20%時，開裂總權(quán)重值達(dá)403.65cm，該值大于基準(zhǔn)混凝土在同等條件下的開裂總權(quán)重值。從表中數(shù)據(jù)還可以看出，當(dāng)濕度增加時，裂縫寬大于2mm的有害裂縫長度逐漸減少。不同濕度條件下塑性收縮力隨時間的變化曲線xx市市政工程研究院上圖為濕度對塑性階段收縮力的影響，此次試驗中我們選擇了20%，60%和100%三個濕度條件，圖中

11、曲線可以反映出，濕度越小，砂漿產(chǎn)生應(yīng)力的時間越早，而當(dāng)濕度足夠大時，可以延緩產(chǎn)生收縮應(yīng)力的時間，使砂漿本身有足夠的時間增加強(qiáng)度以此來抵抗由于收縮而產(chǎn)生的收縮力；另外一方面，濕度為20%時，產(chǎn)生的收縮力較大，且濕度20%和60%時，均出現(xiàn)由于裂縫貫穿現(xiàn)象。這是由于環(huán)境相對濕度越低，孔中實際蒸汽壓力越小，這使小孔中的水蒸發(fā)，產(chǎn)生更大的毛細(xì)管壓力，致使混凝土發(fā)生較大的塑性收縮。 鋼渣摻量10時，膨脹劑摻量對膨脹率的影響 xx市市政工程研究院結(jié)論與建議1. 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中高性能混凝土基本上都有開裂的危險，有的已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的開裂，如不采取有效措施后果不堪設(shè)想。2. 在摻硅灰，磨細(xì)礦渣高性能混凝土中摻一定量的纖維可以改善混凝土的抗裂能力。3. 摻纖維混凝土各項指標(biāo)均比普通基準(zhǔn)混凝土優(yōu)良。4. 摻加合成纖維明顯減少水泥砂漿開裂的原因在于其使砂漿塑性收縮應(yīng)力的降低和達(dá)到最大塑性應(yīng)力時間延遲。5. 在混凝土中摻加博凱超纖維可以大幅度提高混凝土的抗凍融能力。6. 膨脹劑在混凝土早期養(yǎng)護(hù)過程中必須有充足的水分才可發(fā)揮作用，其反應(yīng)通式為：6Ca+3A12O3