《混凝土結構裂縫原因及控制措施8300字（論文）》

混凝土結構裂縫原因及控制措施目錄TOC\o"1-3"\h\u93771建筑混凝土結構相關概念概述 1211341.1混凝土結構概述 136301.1.1混凝土結構 1217061.1.2混凝土結構與強度等級 1305771.2混凝土材料 1172091.2.1水泥 1161571.2.2骨料 2323621.2.3外加劑和礦物摻合料 2300841.3環(huán)境對混凝土結構的影響 2182801.3.1環(huán)境溫度 2270331.3.2環(huán)境相對濕度 2171781.3.3氯鹽 280081.3.4硫酸鹽 355991.4混凝土結構裂縫的概念與裂縫控制的定義 32951.2.1混凝土結構裂縫的概念 3166031.2.2混凝土結構裂縫破壞的機理 3289381.2.3混凝土結構裂縫的常見形式 3304091.2.4裂縫控制的定義 4138422混凝土結構裂縫產生的危害 431602.1結構承載力 4317682.2耐久性的影響 421282.3影響結構封閉性 5306412.4對建筑物使用功能的影響 5148763混凝土結構裂縫產生的原因 569463.1材料質量 5126523.2地基變形 5276283.2施工技術 520513.4結構荷載 6178944XX地鐵工程抗裂混凝土技術研究與應用 6140724.1項目概況 6327654.2試驗研究 7150864.2.1混凝土原材料 7184454.2.2混凝土配合比及其主要性能 999955結束語 1130324參考文獻 12混凝土是最重要的建筑材料之一。它是一種人造石頭，由含有水泥的材料、粒狀添加劑（也稱為添加劑）、水和適當?shù)奶砑踊旌衔镆约熬鶆驍嚢?、壓實、成型的混合物制成，由于原材料豐富、價格低廉、生產工藝簡單、耐壓性高、耐久性好等特點，混凝土材料得到了廣泛的應用?；炷潦┕ひ惨殉蔀橥顿Y項目中最常用的施工形式之一。混凝土不僅用于各種深海建筑，還用于造船、工程和海洋開發(fā)?；炷烈彩堑責岷推渌I域的重要材料。增強型混凝土結構結合了混凝土材料和鋼材的優(yōu)點，從1998年到2010年，世界水泥、鋼鐵和二氧化碳年產量的比例逐年上升，特別是鋼鐵年產量，2009年世界水泥和鋼鐵年產量約為1998年的3倍和1.6倍，而從1998年到2010年，全球二氧化碳排放量呈拋物線變化，從以上分析可以看出，中國建筑業(yè)投資增長速度快于世界，環(huán)境負擔隨著大量資源和能源的消耗而增加。1建筑混凝土結構相關概念概述1.1混凝土結構概述1.1.1混凝土結構混凝土結構是一種具有優(yōu)良耐久性的結構體系。然而，由于混凝土的非均質性和抗拉強度低，加之混凝土的收縮、膨脹、徐變等特性，在現(xiàn)場施工中，由于準備不足，混凝土結構經常出現(xiàn)裂縫。由于使用不當或嚴格控制施工過程，損壞結構，妨礙建筑物正常使用，某些裂縫可能造成結構危害，最嚴重的可能導致建筑物倒塌和損壞。1.1.2混凝土結構與強度等級在水平工程結構中（如梁、板、墻等），最好采用中下級混凝土強度等級（C25-C35），后期強度為R60。由于混凝土的快速發(fā)展，對其操作性和流動性提出了要求。水灰比例和崩塌度增加，水泥用量、水泥顯示量、水少變化促進劑等外協(xié)劑的增加，采用混凝土收縮和混凝土對氫化熱的影響較早的成品工程結構和中低強度的低等級混凝土延長收縮時間。這些被很多人驗證了。延展性決定了控制混凝土內部阻力的間隙。水泥用量過多，標簽過大，耐壓性顯著提高，但對延展性沒有太大影響。1.2混凝土材料1.2.1水泥混凝土的質量驗收習慣是以強度為單一指標，提高水泥強度。特別是初期強度在水泥行業(yè)主要是增加成熟劑C3S和C3A的含量，增加水泥面積的措施。但是，C3S含量過高的話，水泥的漿糊化所導致的氫氧化鈣也會增加，后期紙漿強度會下降。水泥顆粒的過度細化導致泥硬化后孔結構的變化，加劇了混凝土孔的凝固，對水泥混凝土結構的耐久性有很大影響。1.2.2骨料在混凝土原料中，人們長期只注重水泥質量而忽略了礫石的質量，導致實際混凝土礫石一般難以實現(xiàn)連續(xù)分級，依靠增加減水劑用量滿足混合工作這不僅增加了成本，而且降低了混凝土彈性模塊量，增加了收縮。如果集材表面附著有害雜質，會阻礙水泥和骨料之間的界面粘結，影響混凝土強度。另外，為了避免堿簇反應，需要控制聚類堿活性指數(shù)。1.2.3外加劑和礦物摻合料在將外協(xié)劑混入混凝土中時，必須滿足相應的技術標準。否則，混凝土的耐久性很容易發(fā)生問題。例如，加入引氣劑可以提高混凝土的抗?jié)B透性，但用量適當。使用量太小，混凝土太少，提高耐久性的作用太少。含量過多的話，混凝土的強度反而會下降，影響耐久性。近年來，隨著混凝土外協(xié)的研究的深入，混凝土和混凝土的兼容性使得混凝土的耐久性越來越受到重視。外協(xié)劑一般對混凝土性能起到積極作用，不僅可以節(jié)約水泥，更重要的是改善橡膠冷凝材料的成分，降低混凝土的空隙率。特別是活性摻雜劑含有很多活性氧化硅，與氫氧化鈣和高堿硅酸鈣水合物反應生成強度和穩(wěn)定性較高的堿硅酸鈣水合物。1.3環(huán)境對混凝土結構的影響影響環(huán)境的具體結構，包括環(huán)境氣候條件和環(huán)境介質，環(huán)境介質里包括氯化物、硫酸鹽等，混凝土結構的耐久性應考慮這兩種類型。1.3.1環(huán)境溫度大氣環(huán)境下的混凝土結構通常受碳化影響較大，溫度對碳化過程影響較大。在相同的CO2濃度和相對濕度條件下，隨著溫度的升高，CO2的擴散速度加快，混凝土的碳化過程也隨之加速。溫度越低，發(fā)生凍融循環(huán)，同時在混凝土凍融循環(huán)的結構中發(fā)生越多，對結構的破壞就越大。沿海地區(qū)的混凝土結構主要受氯離子侵蝕破壞，高溫可提高氯離子擴散能力。BaCCay和Otsuki的研究證實，鋼筋腐蝕速率的自然對數(shù)與絕對溫度的倒數(shù)線性相關。1.3.2環(huán)境相對濕度環(huán)境濕度對混凝土碳化有重要影響。一方面，CO2的擴散速率受含水量的影響。在硫酸鹽侵蝕環(huán)境中，混凝土膨脹的干濕循環(huán)形成的結晶裂縫加速了硫酸鹽侵蝕。1.3.3氯鹽氯離子侵蝕腐蝕是海上混凝土結構破壞的主要原因。混凝土屬于高堿環(huán)境。只有氯離子達到一定濃度的話腐蝕就會變強。相關研究表明，當與Cl-OH-的比率大于0.61時，鋼材開始腐蝕，并確定臨界值。因此，混凝土外部環(huán)境中氯離子的含量必須盡量減少。1.3.4硫酸鹽硫酸鹽浸入混凝土中，形成石膏、鈣、氧化鋁等膨脹性物質膨脹產生的裂縫，同時有助于含有侵蝕性離子的水分滲透，進而加速混凝土的變質。另一方面，也可以溶解或分解硬化水泥石CH、C-S-H等成分，造成混凝土強度和粘合性能的損失。1.4混凝土結構裂縫的概念與裂縫控制的定義1.4.1混凝土結構裂縫的概念混凝土工程中的裂縫是普遍存在的問題。在工程領域有一些裂縫可能危及結構的安全。結構的損傷常常從間隙開始。被稱為結構破壞預兆的混凝土間隙，主要是負荷造成的間隙。由于變形引起的混凝土結構裂縫降低了混凝土的強度，損害了鋼筋的銹蝕、結構的耐久性，保護面掉落，結構縮小，是使用市場的罪魁禍首。另外，由于結合作用、膨脹反應、凍結融化的間隙等原因，這些沉重的混凝土結構的縫隙不僅影響美觀，還給人們帶來巨大的心理壓力，對整個建筑的美觀產生了巨大的影響。裂縫產生的原因是在微觀和宏觀方面有一定的復雜度，同時也有相當大的動態(tài)變化性，混凝土的間隙作為不能倒塌的工程技術專家的技術難點時日已久。1.4.2混凝土結構裂縫破壞的機理混凝土結構的裂縫寬度超過規(guī)定值，深度和長度就足夠大，破壞了鋼筋保護層，最終導致鋼筋腐蝕，一旦發(fā)生鋼筋生銹，體積進一步擴大，混凝土結構的裂縫擴大，最終形成惡性循環(huán)。鋼筋加冕除影響鋼筋和混凝土的連接外，還會減小鋼筋的受拉面積，特別是相對表面積大、截面積小的高強度鋼絲，如果混凝土結構中的裂縫不能長期有效處理，混凝土構件的承載能力將逐漸喪失，一些腐蝕性介質如氯化物和硫酸鹽將進入混凝土，使混凝土的抗凍性大大降低，供水問題將變得十分突出，最終將對整個建筑的耐久性產生重要影響。1.4.3混凝土結構裂縫的常見形式混凝土結構在發(fā)生部位的裂縫一般分為以下幾種形式：45°C角裂縫（最常見于內外墻樓板的四個角），線管布置裂縫（通常通過連接器造成較大危險），樓板表面出現(xiàn)裂縫，平行于地板兩側的裂縫。此外，不規(guī)則樓板在陰陽角和鋼筋混凝土樓板的鋼筋方向都有裂縫。由于裂縫的原因，可分為結構、收縮、溫度和結構四類。根據(jù)裂縫的發(fā)生時間，分為早期、中期、后期三種。收縮裂縫是早期最常見的。這種裂縫多發(fā)生在結構構件鋪設后3-4周內。典型的中間裂縫是結構的裂縫。裂縫通常需要半年后才能形成結構。溫度的裂縫、結構的裂縫是后期的裂縫，一般在結構的構件建成后會發(fā)生1-2年。由于泵送商品混凝土應用廣泛，在混凝土初凝階段常出現(xiàn)板坯裂縫。焊縫寬度通常在1毫米左右，從上到下的通道。完全是由于商品混凝土生產過程中添加劑和水粉過多使用所致。這主要是由于比例過高、維修措施不正常等原因。還有收縮裂縫和結構裂縫，在結構構件沒有外部荷載的情況下發(fā)生，一年多不發(fā)育。在實踐中，大多數(shù)裂縫不能明確分類，它們的出現(xiàn)可能是一個或多個影響因素的結果。1.4.4裂縫控制的定義混凝土結構的裂縫是一般技術問題，結構的破壞和崩潰常常是由于裂縫。大地震在道路和建筑物中有各種各樣的裂縫。這就是為什么人們經常感到害怕破壞裂縫。事實上，結構的破壞首先是裂縫的發(fā)展。結構中的間隙將導致泄漏和耐久性損失，例如保護層的情況、鋼筋的腐蝕、混凝土的氧化等。因此，一般做法、許多檢查規(guī)則和許多施工現(xiàn)場不得在結構中產生裂縫。然而，通過仔細觀察和研究或許多技術實踐經驗，現(xiàn)代科學發(fā)現(xiàn)結構中仍然會有裂縫。人們可以了解原材料中裂紋的性質。雖然裂縫是結構的一些弱點，但物理力學表明，沒有壞處的裂縫也是合理的，不需要為非常規(guī)的裂縫支付巨大的費用。對混凝土縫隙的要求太多。將縫隙控制在安全區(qū)域是科學的。2混凝土結構裂縫產生的危害2.1結構承載力混凝土結構破裂后，拉伸區(qū)的混凝土將從加工零件中拔出，并從鋼材中拔出。同時，混凝土的斷裂降低了剛度和抗剪強度，降低了其承載力，影響了其正常使用。2.2耐久性的影響一旦混凝土混合材料出現(xiàn)的裂痕并不寬的時候，一般是不會影響其負載能力和具體使用的?？墒?，出現(xiàn)裂痕的混凝土復合材料滲透特性會有所增強，使得部分有危害的東西滲入到混凝土復合材料之中，對于鋼筋造成極大的腐蝕和加速混凝土的碳化反應，最終使得混凝土復合材料結構耐久性降低許多。2.3影響結構封閉性對幾個混凝土有封閉的要求。例如，水利建筑、核電站、疫苗訓練現(xiàn)場等，需要更好的密封?；炷疗扑楹?，密封不良，結構不能正常使用，嚴重影響生命財產安全。2.4對建筑物使用功能的影響裂縫的產生對某些建筑物的正常功造成影響，影響裂縫滲水后的使用，如游泳池，水塔等結構物有不利影響；對于一些建筑物要求密閉的場合，如核電站等建筑物出現(xiàn)裂縫時，會導致密閉使用的減少，甚至威脅到人們的生命安全。除上述主要危害外，在寒冷地區(qū)的冬季，一旦水滲入裂縫，混凝土復合材料就會發(fā)生凍脹，導致混凝土基本結構受損?；炷翗嫾诩虞d過程中會產生許多微裂縫。這些裂紋不影響軸承的結構和正常使用，因此很難發(fā)現(xiàn)。但是已經很久了。這些裂縫將導致混凝土的結構疲勞。最后，混凝土結構的破壞也可能導致有機結構的審美和心理不安全。3混凝土結構裂縫產生的原因混凝土是拉伸能力低的脆性施工材料，在一般的工業(yè)建筑改造項目中，施工部門將應用于施工階段及后續(xù)項目。建筑物本身的溫度發(fā)生了很大的變化，地基不均勻下沉，發(fā)生軋制振動的話，會產生裂縫問題。近年來，中國的建筑技術、建筑材料、施工技術、試驗測量措施全面發(fā)展，更注重混凝土的物理性能和化學性能的優(yōu)化。例如，由于“AAR”的堿骨材反應和化學介質的侵蝕作用，混凝土結構會早期產生裂縫，混凝土本身的強度值會下降。3.1材料質量工業(yè)混凝土結構中選用的低質量水泥和砂巖將導致混凝土結構出現(xiàn)裂縫。這種建筑原料質量不理想，難以保證工程質量。因此，建筑服務部門必須控制建材質量，控制混凝土結構裂縫，提高工程施工質量。3.2地基變形在混凝土結構的工業(yè)施工中，非均勻沉降是造成混凝土結構斷裂的主要原因。特別是裂縫的形狀、大小和方向對基底變形有很大的影響.其中，導致開裂的地基變形應力相對較高，導致裂縫大多是貫穿的。3.2施工技術在施工技術上，許多環(huán)節(jié)的操作也能對混凝土結構施工的裂縫產生很大的影響。其中水泥石、水分蒸發(fā)快、混凝土干燥是誘導混凝土發(fā)生的重要原因。混凝土建筑材料屬于人類造型混合材料，其綜合質量是混凝土施工后均勻性和總密度的重要標志。因為混凝土在混合作業(yè)中，運輸聯(lián)動、鑄造施工、振動密封等所有工序都很重要，以及結構裂縫刺激了重要的原因.其中，模板整體結構不合理，造成砂漿滲漏、支承剛度不足、模壓變形等。施工階段由于鋼筋表面污染程度不同，混凝土保護較少，在鋪設過程中與鋼筋發(fā)生碰撞時會產生裂縫?；炷琉B(yǎng)護工作與裂縫的形成和拉伸密切相關，其中早期養(yǎng)護具有重要意義，早期保持表層高溫會導致混凝土內外溫度較高，并引起裂縫。3.4結構荷載裂縫大多是由于結構荷載引起的，無論是在施工過程中還是在隨后的工程應用中都可能發(fā)生。如早期施工過程中振動高、模型拆卸時間不合理、模型運行不規(guī)則、構件任意堆放等，懸掛點在鋪設過程中的位置、過載施工、拉伸應力等都會引起裂縫。從工業(yè)混凝土結構裂縫現(xiàn)狀看，在混凝土板、混凝土梁等彎曲結構中，負載中會出現(xiàn)各種形狀的裂縫。普通混凝土結構承受了30%至40%的設計載荷，形成了無法通過肉眼觀察到的裂縫。在大多數(shù)情況下，它們的結構在斷裂時的極限荷載是設計荷載的1.5倍。在正常條件下，施工過程中的混凝土結構可采用無害裂縫施工，符合混凝土設計規(guī)范，合理設定最大裂紋寬度，主要為0.2-0.3毫米.部分施工裂縫超過規(guī)定值或部分不允許結構出現(xiàn)裂縫，或者一些不允許開裂的構件出現(xiàn)裂紋是有害的，施工部門必須進行深入分析，進行針對性處理。4XX地鐵工程抗裂混凝土技術研究與應用4.1項目概況XX地鐵1號線巨康路站位于新開北路與規(guī)劃中的恒逸路交叉口。沿新開北路南北方向鋪設。為地下二層島式站臺。車站凈長291.5m，凈寬18.30~29.75m，標準斷面基坑開挖深度16.65~18.78m，南、北端井開挖深度20.78m、18.31m分別?？傮w布局如圖1所示。圖1居康路站根據(jù)現(xiàn)行工程實踐，地下混凝土結構斷層較為普遍，而施工期裂縫占裂縫總數(shù)的80%以上.地鐵工程亦是如此，特別是地下車站的基本結構受大截面、體積大等因素影響，超長結構形式和施工工藝，與車站輔助結構、區(qū)間隧道二次襯砌（厚度、分段長度、截面尺寸等大大小于基站的基本結構），混凝土在施工階段由于溫度的原因較輕，由于這類因素的綜合作用，作為一種收縮和約束，形成了一種危險的裂縫。這些裂縫通常短期內不影響結構承載力,但長期來看,會加速地下水和有害介質的侵入,影響結構使用功能的同時,增加鋼筋銹蝕風險,降低結構耐久性和使用壽命,造成嚴重的社會和經濟效益損失。有鑒于此,XX地鐵工程從建設伊始,就非常注重地下車站主體結構的抗裂防滲。在吸收近年來大量研究成果與工程實踐經驗的基礎上，從材料及施工工藝角度提出了一系列措施,尤其是應用溫度場與膨脹歷程雙重調控技術制備抗裂混凝土,可有效降低實體結構溫升與溫降收縮、自收縮,從而顯著提升其抗裂性能。該技術首先在1號線居康路站進行了試點應用,取得了良好效果,對后續(xù)XX地鐵工程建設具有重要的借鑒意義。4.2試驗研究4.2.1混凝土原材料該水泥由海螺P·II52.5硅酸鹽水泥制成，其主要性能如表1所示，符合GB175-2007普通硅酸鹽水泥的要求；使用第二類華能發(fā)電廠F類粉末灰的灰符合表2所列GB/T1596-2017的相關要求；粉末礦石適用于沙鋼C95級粉末，其主要性能如表3所示，符合GB/T18046-2017“水泥和混凝土高爐顆粒渣”要求；甘津用砂，薄模量2.8，表觀密度2640kg/m3，含2.4%，粘土含量0.7%，符合GB/T14684-2011“建筑砂”要求；雙級礫石5~10mm和10~31.5mm石灰石碎石，表觀密度2760kg/m3，填充率45%，為滿足GB/T14685-2011“建筑石”的相關規(guī)定；揚水機采用江蘇蘇博新材料有限公司生產的PCA-I聚碳酸酯高性能防水材料，降水率22%，收縮率28D約94%，符合GB8076-2008《混凝土添加劑》、GB50119-2013《混凝土添加劑應用技術規(guī)范》及相關環(huán)保法規(guī)。表1試驗用水泥性能指標表現(xiàn)密度/（g·cm-3）比表面積/（m2·kg-1）標準稠度用水量/%凝結時間/min抗壓強度/MPa抗折強度/MPa初凝終凝3d28d3d28d3.1236520.216125531.457.74.98.0表2試驗用粉煤灰性能指標細度(45um方孔篩篩余)/%燒失量/%SO3含量/%需水量比/%游離氧化鈣/%表觀密度/(g·cm-3)強度活性指數(shù)/%12.34.821.031010.422.2879表3試驗用礦粉性能指標表觀密度/（g·cm-3）比表面積/(m2·kg-1)活性指數(shù)/%流動度比/%初凝時間比/%SO3含量（質量分數(shù)）/%7d28d2.8541472101971722.05既有工程調研結果表明,由于外約束較強,地鐵車站主體結構側墻、頂板早期收縮開裂情況遠多于底板,因此在本工程地下車站開裂風險較高的側墻、頂板結構中應用了水泥水化放熱調控及復合膨脹補償收縮技術,其中水泥水化放熱調控技術在放熱總量不變的情況下,通過減小水泥水化放熱速率,以降低一定散熱條件下結構混凝土的溫度峰值,達到溫峰所用的時間延長,溫峰后的溫降速率也同樣變慢;復合膨脹技術通過將氧化鈣、氧化鎂等不同膨脹特性的材料有機組合,匹配實體結構混凝土水化、溫度與變形歷程,降低混凝土收縮變形及其引起的拉應力與開裂風險。實踐證明,這一雙重調控技術可有效控制超長結構混凝土早期收縮開裂,基于該技術思路制備的混凝土抗裂劑主要性能指標及其測試方法如表4所示。表4混凝土抗裂劑性能指標及其測試方法項目細度1.18mm篩篩余/%抗壓強度/MPa限制膨脹率/%初凝后水泥水化放熱量比/%7d28d水中7d空中21d60℃水中28d與3d差值24h7d性能指標測試標準≤0.5≥22.5≥42.5≥0.0.5≥0≥0.020≤50≥85GB/T1345GB/T17671GB23439GB/T129594.2.2混凝土配合比及其主要性能XX軌道交通1號線居康路站主體結構混凝土設計強度等級為C35P8,在優(yōu)選原材料基礎上,設計工程使用的混凝土配合比。大量研究結果表明,少量礦粉的摻入不降低水泥早期水化放熱速率和放熱總量,且會增大混凝土自收縮。因此,綜合考慮技術與經濟效益,對于開裂風險相對較低的地鐵車站主體結構底板混凝土,雙摻了15%的礦粉和21%的粉煤灰,不摻入混凝土抗裂劑;對于開裂風險較高的側墻和頂板結構混凝土,則在單摻28%的粉煤灰同時,摻入了8%的混凝土抗裂劑,最終得到的地下車站主體結構底板、側墻和頂板混凝土配合比如表5所示。表5地下車站主體結構混凝土試驗配合比部位水水泥粉煤灰礦粉砂石子混凝土抗裂劑減水劑5-10mm10-31.5mm底板156250825872976532805.85側墻、頂板1562501090729765328315.85采用如表5所示的配合比,試驗研究了地下車站主體結構底板、側墻和頂板混凝土的早期絕熱溫升和自生體積變形,試驗結果如圖2和圖3所示。由圖1可見,側墻、頂板混凝土的7d絕熱溫升值約44.2℃,較底板混凝土降低了約3.8℃,且前者早期溫升速率同樣得到了顯著抑制,1d絕熱溫升值只有約21.9℃,占7d值比例不足50%,可充分利用實體結構散熱條件,降低其早期溫升與溫度峰值。由圖2可見,采用GB/T50082—2009中的非接觸法進行測試,側墻、頂板混凝土7d和28d自生體積應變分別約220×10-6和214×10-6,而底板混凝土同期值則分別約-123×10-6和-162×10-6,可見抗裂劑中的膨脹組分有效補償了混凝土早期自收縮,使其實驗室標準條件下始終處于膨脹狀態(tài)。綜合上述溫度與變形歷程試驗結果來看,采用溫度場與膨脹歷程雙重調控技術制備的抗裂混凝土更有利于早期收縮裂縫控制,適宜用于開裂風險較高的地下車站側墻和頂板結構。圖2地下車站主體結構混凝土絕熱溫升圖3地下車站主體結構混凝土自生體積變形采用上述配合比制備的地下車站主體結構底板、側墻和頂板混凝土工作、力學與耐久性能試驗值如表6所示,滿足設計與施工要求。表6地下車站主體結構混凝土工作、力學與耐久性能參數(shù)坍落度/mm28d抗壓強度/MPa底板側墻、頂板抗?jié)B等級56d電通量/C底板側墻頂板底板側墻頂板底板側墻頂板設計值180±20≥35.0P8≤2000實測值18519045.443.7P81045980測試方法GB/T50080GB/T50081GB/T500825結束語綜上所述，混凝土工程在現(xiàn)代工業(yè)工程建設中更為普遍。首先，