混凝土裂縫的成因及控制

1、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫(li fng)的成因與控制西南石油大學(xué)王欣共四十三頁(yè)混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂問(wèn)題 普遍使用早強(qiáng)高強(qiáng)的商品混凝土所導(dǎo)致 我國(guó)的現(xiàn)澆混凝土樓板和地下室連續(xù)墻開(kāi)裂現(xiàn)象(xinxing)十分嚴(yán)重共四十三頁(yè) 現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂主要不是由于荷載的作用，而是變形所致 溫度變形、收縮變形和基礎(chǔ)不均勻(jnyn)沉降等，都可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂 根據(jù)工程數(shù)據(jù)的估計(jì)，變形作用引起的裂縫幾乎占全部裂縫的80%以上共四十三頁(yè) 材料的耐久性結(jié)構(gòu)的耐久性 裂 縫 混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫(li fng)常常是控制其使用壽命的重要因素共四十三頁(yè)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的種類 塑性裂縫 溫度裂縫 收縮(shu su)裂縫（干燥收縮

2、(shu su)、自干燥收縮(shu su)）共四十三頁(yè)塑性裂縫 當(dāng)表面失水速率超過(guò)實(shí)際(shj)泌水速率時(shí)，新拌混凝土迅速干燥。如果近表面的混凝土已經(jīng)稠硬，不能流動(dòng)，但其強(qiáng)度又不足以抵抗因收縮受到限制所引起的應(yīng)力時(shí)，就產(chǎn)生開(kāi)裂 塑性裂縫常引發(fā)硬化混凝土的開(kāi)裂，可通過(guò)及時(shí)抹面消除 泌水速率蒸發(fā)速率開(kāi)裂共四十三頁(yè)溫度變化導(dǎo)致的體積收縮 混凝土硬化以后，隨內(nèi)部溫度降低會(huì)產(chǎn)生宏觀體積收縮 水泥的水化放熱是引起混凝土溫度收縮的主要原因 與水膠比、凝膠材料(cilio)的組成及用量、混凝土拌合物入模溫度、環(huán)境溫度變化、內(nèi)部的相對(duì)濕度、結(jié)構(gòu)形式等因素有關(guān)共四十三頁(yè)溫度裂縫 混凝土硬化期間由于膠凝材料水化放

3、熱使內(nèi)部溫度升高，達(dá)到溫度的峰值后降溫時(shí)產(chǎn)生受約束的收縮變形，形成拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土即時(shí)(jsh)抗拉強(qiáng)度時(shí)，出現(xiàn)開(kāi)裂共四十三頁(yè) 近幾十年來(lái)，基礎(chǔ)、橋梁、隧道襯砌以及其他構(gòu)件尺寸并不很大的結(jié)構(gòu)(jigu)混凝土開(kāi)裂的現(xiàn)象很多 此時(shí)混凝土的干燥收縮并不顯著 水化熱、溫度變化以及內(nèi)外溫差成為混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的主要原因 高強(qiáng)度混泥土具有較大的溫度收縮共四十三頁(yè)C40大摻量粉煤灰混凝土的絕熱溫升曲線(qxin)共四十三頁(yè)C30混凝土的絕熱溫升曲線(qxin) 齡期/h共四十三頁(yè) 4米厚混凝土板的溫升曲線(qxin)共四十三頁(yè)混凝土內(nèi)部濕度變化導(dǎo)致的體積變化干燥收縮： 混泥土在未飽和空氣中向外界散

4、失(snsh)水分而產(chǎn)生的收縮 干縮與水灰比、環(huán)境溫濕度、膠凝材料組成、骨料品種與比例、養(yǎng)護(hù)條件、期齡等因素有關(guān) 共四十三頁(yè) 100g水泥漿體，可蒸發(fā)(zhngf)水分約6ml 混凝土C=300kg/m3,可蒸發(fā)水分約18l 水泥砂漿干縮值約0.1%0.2% 水泥混凝土180天自由干縮值約為0.04%0.06%共四十三頁(yè)自收縮 在與外界沒(méi)有水分交換的條件下，混泥土(nt)內(nèi)部自干燥作用引起的宏觀體積收縮 混凝土的自收縮在初凝以后開(kāi)始產(chǎn)生 自收縮大小與水膠比、膠凝材料組成、減水劑品種與摻量、骨料品種與比例有關(guān)共四十三頁(yè)化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的體積變化 水化過(guò)程中水化產(chǎn)物的絕對(duì)體積減小，硅酸鹽水泥的水化收縮

5、約為7%，如果混凝土C=300kg/m3,減縮值2127L/m3 初凝以前水化收縮表現(xiàn)為塑性(sxng)收縮，初凝以后則導(dǎo)致自干燥收縮產(chǎn)生 共四十三頁(yè)自收縮機(jī)理 水化反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中，一部分拌合水由化學(xué)反應(yīng)消耗，一部分填充凝膠孔。當(dāng)水灰比較大時(shí)，凝膠孔基本上充滿水，自身(zshn)收縮很??；水灰比較小時(shí)，凝膠孔內(nèi)部只有部分充滿水，形成彎月面，外界的壓力使水泥漿體收縮共四十三頁(yè)混凝土的水化收縮(shu su)與自收縮(shu su)共四十三頁(yè)自收縮與干縮的異同點(diǎn) 相同點(diǎn)：均由于水的遷移所引起 不同點(diǎn)：a、自收縮不失重，干縮伴隨水分散失 b、自收縮是各向同性的，干縮由表及里 c、水灰比降低時(shí)，干縮減

6、小，自收縮增大 d、覆蓋后（或拆模前）不發(fā)生干縮，而自收縮必須通過(guò)(tnggu)濕養(yǎng)護(hù)才能減小 共四十三頁(yè)自收縮與干縮的異同 常規(guī)(chnggu)收縮試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果是干燥收縮與自收縮的疊加，主要是干燥收縮 普通混凝土主要產(chǎn)生干燥收縮，自收縮不超過(guò)50微應(yīng)變，占總測(cè)定值的10%左右 干燥收縮是引起普通混凝土開(kāi)裂的主要原因 在高強(qiáng)混凝土中，自身收縮可達(dá)數(shù)百微應(yīng)變，占總收縮量的一半左右，不可忽視共四十三頁(yè)混凝土的自收縮(shu su)共四十三頁(yè)自身(zshn)收縮與干燥收縮占總收縮的比例(%)共四十三頁(yè)混凝土的變形類型與開(kāi)裂 自由收縮，相向(xingxing)變形，不裂 限制收縮，背向變形，開(kāi)裂 自由

7、膨脹，背向變形，開(kāi)裂 限制膨脹，相向變形，不裂共四十三頁(yè)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因 變形作用引起的混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的原因很復(fù)雜，涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料組成、施工技術(shù)、環(huán)境狀態(tài)等諸多因素 混凝土材料本身的組成與性質(zhì)(xngzh)的變化，以及隨之而來(lái)的施工技術(shù)變化是現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)容易開(kāi)裂的重要原因共四十三頁(yè)大體積混凝土底板不易開(kāi)裂(ki li) 鋼筋約束強(qiáng)，可在表面加細(xì)鋼筋網(wǎng)片，養(yǎng)護(hù)容易連續(xù)墻容易開(kāi)裂 橫向大多只有構(gòu)造鋼筋，養(yǎng)護(hù)困難，暴露面大共四十三頁(yè)混凝土連續(xù)(linx)墻有序開(kāi)裂示意圖共四十三頁(yè)長(zhǎng)墻應(yīng)力(yngl)分布及開(kāi)裂示意圖共四十三頁(yè)內(nèi)部約束下構(gòu)件內(nèi)部的拉應(yīng)力 內(nèi)部約束下構(gòu)件內(nèi)部存在溫差引起拉

8、應(yīng)力 外部(wib)約束下隨期齡發(fā)展的溫降引起拉應(yīng)力 某一時(shí)刻體積收縮變形引起的拉應(yīng)力是這兩部分的疊加 共四十三頁(yè)混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的影響因素 材料因素：膠凝材料的細(xì)度、水化速率、水化熱、強(qiáng)度發(fā)展速率 配合(pih)比因素：水膠比、漿體含量、骨料彈性模量 約束因素：體積、配筋率 環(huán)境因素：氣溫、風(fēng)速、溫度共四十三頁(yè)混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的預(yù)防結(jié)構(gòu)形式與材料(cilio)性能要求的協(xié)調(diào) 材料性能的要求不能過(guò)高 不能將結(jié)構(gòu)的功能全部轉(zhuǎn)移給材料共四十三頁(yè)某工程用C30防水(fn shu)混凝土配合比 共四十三頁(yè)混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的預(yù)防原材料的品質(zhì)須符合要求 骨料的含泥量、針片狀顆粒含量(hnling)、細(xì)度與級(jí)配

9、粉煤灰的品質(zhì) 外加劑與膠凝材料的相容性共四十三頁(yè)防裂混凝土 混凝土的密實(shí)性和均勻性是結(jié)構(gòu)防裂與防水的首要保證，混凝土發(fā)生滲漏，往往是施工原因造成的質(zhì)量不均勻和裂縫 技術(shù)(jsh)措施： a、降低水泥用量，限制使用R型早強(qiáng)水泥 b、應(yīng)摻加凝膠材料20%30%以上的粉煤灰 c、粗骨料最大孔隙率應(yīng)盡量小共四十三頁(yè)補(bǔ)償收縮混凝土 膨脹劑防裂技術(shù)的應(yīng)用，必須具有專門(mén)的知識(shí)和技術(shù) 混凝土必須處于限制狀態(tài)，自由或過(guò)大的膨脹(png zhng)將導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的嚴(yán)重削弱甚至開(kāi)裂，膨脹(png zhng)劑用量過(guò)大或過(guò)小都會(huì)對(duì)防裂效果和混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響共四十三頁(yè)早期限制膨脹的作用 使早期混凝土處于受壓或低

10、受拉的應(yīng)力狀態(tài)，避免早期開(kāi)裂 延遲混凝土的收縮開(kāi)始時(shí)間，此時(shí)混凝土的抗拉能力已有較大增長(zhǎng) 一般認(rèn)為(rnwi)，應(yīng)用補(bǔ)償收縮混凝土?xí)r，應(yīng)導(dǎo)入0.30.7MPa的預(yù)應(yīng)力 共四十三頁(yè)早期限制膨脹的作用 計(jì)算方法的適用性尚缺乏充分驗(yàn)證，實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在的問(wèn)題 a、實(shí)際結(jié)構(gòu)的限制程度難以用標(biāo)準(zhǔn)小試件的配筋率模擬 b、尺寸的影響(yngxing)不清，實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件與標(biāo)準(zhǔn)條件下小試件的膨脹特性不同 c、溫度的影響不清，水化溫升加速膨脹劑水化，早期膨脹將消耗在無(wú)效的塑性和徐變變形中，消弱膨脹劑的效果。不同的膨脹劑對(duì)于溫度、養(yǎng)護(hù)條件、膠凝材料組成、減水劑的適應(yīng)性有所不同共四十三頁(yè)補(bǔ)償收縮混凝土 高溫6070下膨

11、脹效能下降 需有充分的水補(bǔ)給，早期干燥(gnzo)缺水，反而加速開(kāi)裂 摻入粉煤灰會(huì)減小其限制膨脹率 坍落度經(jīng)時(shí)損失會(huì)明顯增加 緩凝劑會(huì)降低限制膨脹率 膨脹劑拌合不均，局部產(chǎn)生過(guò)量膨脹，也會(huì)引起開(kāi)裂 共四十三頁(yè)補(bǔ)償收縮混凝土 施工單位應(yīng)具有應(yīng)用膨脹劑的經(jīng)驗(yàn)，有嚴(yán)格的工法和操作條例 施工前必須對(duì)所用補(bǔ)償收縮混凝土的性能進(jìn)行專門(mén)的檢驗(yàn) 測(cè)定其自由膨脹率、限制膨脹率和限制收縮率和它們的落差(luch)、以及溫度變化對(duì)其性能的影響共四十三頁(yè)混凝土施工的溫度控制與潮濕(chosh)養(yǎng)護(hù) 單純依靠現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)施工與驗(yàn)收規(guī)范的要求進(jìn)行施工，不能保證大型工程能夠防止混凝土施工時(shí)的開(kāi)裂共四十三頁(yè)溫度控制 a、澆

12、筑溫度 澆筑溫度應(yīng)不高于25。熱天施工時(shí)如難以達(dá)到，也不宜高于30；并應(yīng)同時(shí)調(diào)整混凝土配合比，降低水泥用量以及減少水化放熱量(rling) 混凝土澆筑溫度愈高，水化反應(yīng)愈快，釋放熱量愈多，升溫愈高，進(jìn)一步加速水化反應(yīng) 同樣配比混凝土當(dāng)入模溫度為10時(shí)，24小時(shí)后升到30；當(dāng)入模溫度為20時(shí)，20小時(shí)后升到55；即入模溫度相差10可使最大溫升差25共四十三頁(yè)溫度控制 b、最高溫度 混凝土內(nèi)部的最高溫度一般不超過(guò)75 c、最大溫差 混凝土內(nèi)部和表面的溫差一般不應(yīng)超過(guò)25，混凝土表面溫度與大氣(dq)溫度的差別也不應(yīng)超過(guò)25，混凝土表面與養(yǎng)護(hù)水的溫度不超過(guò)15 d、降溫速度 混凝土內(nèi)部一般不超過(guò)3/

13、d共四十三頁(yè)養(yǎng)護(hù) 養(yǎng)護(hù)包括(boku)保持濕度和溫度，實(shí)施溫度監(jiān)測(cè)可為混凝土的覆蓋保溫和拆模時(shí)機(jī)的選擇提供可靠的依據(jù) 墻體的保濕措施： a、模板外側(cè)覆蓋保水掛簾 b、及早松開(kāi)模板，從模板與墻體的縫隙中注水 c、采用可保水和注水的特殊模板 d、高吸水性樹(shù)脂做內(nèi)養(yǎng)護(hù) 拆模后的混凝土表面仍需保持潮濕，應(yīng)加覆蓋，外界氣溫較低時(shí)也需覆蓋 地下結(jié)構(gòu)外墻和頂板應(yīng)及早回填，長(zhǎng)時(shí)間暴露的頂板表面，溫濕度變化大，最容易開(kāi)裂，需臨時(shí)用土覆蓋共四十三頁(yè)內(nèi)容摘要混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因與控制西南石油大學(xué)王欣。根據(jù)工程數(shù)據(jù)的估計(jì)，變形作用引起的裂縫幾乎占全部裂縫的80%以上。干縮與水灰比、環(huán)境溫濕度、膠凝材料組成、骨料品種與比例、養(yǎng)護(hù)條件、期齡等因素有關(guān)。自收縮大小與水膠比、膠