混凝土裂縫成因與控制

混凝土裂縫成因與控制第一頁，共42頁。混凝土結(jié)構(gòu)的開裂問題

普遍使用早強高強的商品混凝土所導(dǎo)致我國的現(xiàn)澆混凝土樓板和地下室連續(xù)墻開裂現(xiàn)象十分嚴重第二頁，共42頁。

現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)的開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)不均勻沉降等，都可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的開裂

根據(jù)工程數(shù)據(jù)的估計，變形作用引起的裂縫幾乎占全部裂縫的80%以上第三頁，共42頁。

材料的耐久性?結(jié)構(gòu)的耐久性

↑

裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫常常是控制其使用壽命的重要因素第四頁，共42頁?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫的種類塑性裂縫

溫度裂縫

收縮裂縫（干燥收縮、自干燥收縮）第五頁，共42頁。塑性裂縫

當(dāng)表面失水速率超過實際泌水速率時，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，但其強度又不足以抵抗因收縮受到限制所引起的應(yīng)力時，就產(chǎn)生開裂

塑性裂縫常引發(fā)硬化混凝土的開裂，可通過及時抹面消除

泌水速率<蒸發(fā)速率→開裂第六頁，共42頁。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)部的相對濕度、結(jié)構(gòu)形式等因素有關(guān)

第七頁，共42頁。溫度裂縫混凝土硬化期間由于膠凝材料水化放熱使內(nèi)部溫度升高，達到溫度的峰值后降溫時產(chǎn)生受約束的收縮變形，形成拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土即時抗拉強度時，出現(xiàn)開裂第八頁，共42頁。

近幾十年來，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)混凝土開裂的現(xiàn)象很多

此時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)開裂的主要原因

高強度混泥土具有較大的溫度收縮第九頁，共42頁。C40大摻量粉煤灰混凝土的絕熱溫升曲線第十頁，共42頁。C30混凝土的絕熱溫升曲線

齡期/h第十一頁，共42頁。

4米厚混凝土板的溫升曲線

第十二頁，共42頁。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失水分而產(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)護條件、期齡等因素有關(guān)

第十三頁，共42頁。100g水泥漿體，可蒸發(fā)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%第十四頁，共42頁。自收縮在與外界沒有水分交換的條件下，混泥土內(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)第十五頁，共42頁?；瘜W(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的體積變化水化過程中水化產(chǎn)物的絕對體積減小，硅酸鹽水泥的水化收縮約為7%，如果混凝土C=300kg/m3,減縮值21~27L/m3初凝以前水化收縮表現(xiàn)為塑性收縮，初凝以后則導(dǎo)致自干燥收縮產(chǎn)生

第十六頁，共42頁。自收縮機理

水化反應(yīng)進行過程中，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，凝膠孔基本上充滿水，自身收縮很小；水灰比較小時，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第十七頁，共42頁。混凝土的水化收縮與自收縮

第十八頁，共42頁。自收縮與干縮的異同點相同點：均由于水的遷移所引起不同點：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，干縮減小，自收縮增大d、覆蓋后（或拆模前）不發(fā)生干縮，而自收縮必須通過濕養(yǎng)護才能減小

第十九頁，共42頁。自收縮與干縮的異同常規(guī)收縮試驗測定結(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50微應(yīng)變，占總測定值的10%左右干燥收縮是引起普通混凝土開裂的主要原因在高強混凝土中，自身收縮可達數(shù)百微應(yīng)變，占總收縮量的一半左右，不可忽視

第二十頁，共42頁。混凝土的自收縮

第二十一頁，共42頁。自身收縮與干燥收縮占總收縮的比例(%)

第二十二頁，共42頁。

混凝土的變形類型與開裂自由收縮，相向變形，不裂

限制收縮，背向變形，開裂自由膨脹，背向變形，開裂限制膨脹，相向變形，不裂第二十三頁，共42頁?；炷两Y(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)開裂的原因很復(fù)雜，涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)的變化，以及隨之而來的施工技術(shù)變化是現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)容易開裂的重要原因第二十四頁，共42頁。大體積混凝土底板不易開裂鋼筋約束強，可在表面加細鋼筋網(wǎng)片，養(yǎng)護容易連續(xù)墻容易開裂橫向大多只有構(gòu)造鋼筋，養(yǎng)護困難，暴露面大第二十五頁，共42頁?；炷吝B續(xù)墻有序開裂示意圖第二十六頁，共42頁。長墻應(yīng)力分布及開裂示意圖第二十七頁，共42頁。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)部存在溫差引起拉應(yīng)力外部約束下隨期齡發(fā)展的溫降引起拉應(yīng)力某一時刻體積收縮變形引起的拉應(yīng)力是這兩部分的疊加

第二十八頁，共42頁?；炷两Y(jié)構(gòu)開裂的影響因素材料因素：膠凝材料的細度、水化速率、水化熱、強度發(fā)展速率配合比因素：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、溫度第二十九頁，共42頁?；炷两Y(jié)構(gòu)開裂的預(yù)防結(jié)構(gòu)形式與材料性能要求的協(xié)調(diào)材料性能的要求不能過高不能將結(jié)構(gòu)的功能全部轉(zhuǎn)移給材料第三十頁，共42頁。某工程用C30防水混凝土配合比

第三十一頁，共42頁。混凝土結(jié)構(gòu)開裂的預(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、細度與級配粉煤灰的品質(zhì)外加劑與膠凝材料的相容性第三十二頁，共42頁。防裂混凝土

混凝土的密實性和均勻性是結(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)措施：a、降低水泥用量，限制使用R型早強水泥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)盡量小第三十三頁，共42頁。補償收縮混凝土膨脹劑防裂技術(shù)的應(yīng)用，必須具有專門的知識和技術(shù)混凝土必須處于限制狀態(tài)，自由或過大的膨脹將導(dǎo)致混凝土強度的嚴重削弱甚至開裂，膨脹劑用量過大或過小都會對防裂效果和混凝土強度產(chǎn)生不利影響第三十四頁，共42頁。早期限制膨脹的作用使早期混凝土處于受壓或低受拉的應(yīng)力狀態(tài)，避免早期開裂延遲混凝土的收縮開始時間，此時混凝土的抗拉能力已有較大增長一般認為，應(yīng)用補償收縮混凝土?xí)r，應(yīng)導(dǎo)入0.3~0.7MPa的預(yù)應(yīng)力

第三十五頁，共42頁。早期限制膨脹的作用計算方法的適用性尚缺乏充分驗證，實際應(yīng)用時存在的問題a、實際結(jié)構(gòu)的限制程度難以用標準小試件的配筋率模擬b、尺寸的影響不清，實際結(jié)構(gòu)構(gòu)件與標準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。不同的膨脹劑對于溫度、養(yǎng)護條件、膠凝材料組成、減水劑的適應(yīng)性有所不同第三十六頁，共42頁。補償收縮混凝土高溫60℃~70℃下膨脹效能下降需有充分的水補給，早期干燥缺水，反而加速開裂摻入粉煤灰會減小其限制膨脹率坍落度經(jīng)時損失會明顯增加緩凝劑會降低限制膨脹率膨脹劑拌合不均，局部產(chǎn)生過量膨脹，也會引起開裂

第三十七頁，共42頁。補償收縮混凝土施工單位應(yīng)具有應(yīng)用膨脹劑的經(jīng)驗，有嚴格的工法和操作條例施工前必須對所用補償收縮混凝土的性能進行專門的檢驗測定其自由膨脹率、限制膨脹率和限制收縮率和它們的落差、以及溫度變化對其性能的影響第三十八頁，共42頁?；炷潦┕さ臏囟瓤刂婆c潮濕養(yǎng)護

單純依靠現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)施工與驗收規(guī)范的要求進行施工，不能保證大型工程能夠防止混凝土施工時的開裂

第三十九頁，共42頁。溫度控制a、澆筑溫度澆筑溫度應(yīng)不高于25℃。熱天施工時如難以達到，也不宜高于30℃；并應(yīng)同時調(diào)整混凝土配合比，降低水泥用量以及減少水化放熱量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，24小時后升到30℃；當(dāng)入模溫度為20