混凝土结构裂缝的成因与控制.pptx

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1、混凝土结构的开裂问题普遍使用早强高强的商品混凝土所导致。我国的现浇混凝土楼板和地下室连续墙开裂现象十分严重。第1页/共43页现代混凝土结构的开裂主要不是由于荷载的作用，而是变形所致。温度变形、收缩变形和基础不均匀沉降等，都可能引起混凝土结构的开裂。根据王铁梦的估计，变形作用引起的裂缝几乎占全部裂缝的80%以上第2页/共43页材料的耐久性结构的耐久性裂缝混凝土结构的裂缝常常是控制其使用寿命的主要因素。第3页/共43页混凝土结构裂缝种类塑性裂缝温度裂缝收缩裂缝干燥收缩自干燥收缩第4页/共43页塑性裂缝混凝土表面混凝土表面泌水速率泌水速率 蒸发速率蒸发速率开裂开裂当表面失水速率超过实际泌水速率时，新

2、拌混凝土迅速干燥。如果近表面的混凝土已经稠硬，不能流动，但其强度又不足以抵抗因收缩受到限制所引起的应力时，就产生开裂。塑性裂缝常引发硬化混凝土的开裂。可通过及时抹面消除。第5页/共43页温度变化导致的体积收缩混凝土硬化以后，随内部温度降低会产生宏观体积收缩。水泥的水化放热是引起混凝土温度收缩的主要原因。与水胶比、胶凝材料的组成与用量、混凝土拌和物入模温度、环境温度变化、内部的相对湿度、结构形式等因素有关。第6页/共43页温度裂缝混凝土硬化期间由于胶凝材料水化放热使内部温度升高，到达温峰后降温时产生受约束的收缩变形，形成拉应力。当拉应力超过混凝土即时抗拉强度时，出现开裂。第7页/共43页近几十年

3、来，基础、桥梁、隧道衬砌以及其他构件尺寸并不很大的结构混凝土开裂的现象增多。此时混凝土的干燥收缩并不显著。水化热、温度变化以及内外温差成为混凝土结构开裂的主导原因。高强混凝土具有较大的温度收缩。第8页/共43页C40大掺量粉煤灰混凝土的绝热温升曲线入模温度为入模温度为1717 ，5d5d后到达温峰，约为后到达温峰，约为5959，温升为，温升为4242。入模温度为入模温度为1313 ，6d6d后到达温峰，约为后到达温峰，约为6262，温升为，温升为4949。第9页/共43页C30混凝土的绝热温升第10页/共43页4m4m厚混凝土底板的温升曲线C45R60水泥用量220kg/m3粉煤灰用量180k

4、g/m3水胶比0.42第11页/共43页混凝土内部湿度变化导致的体积变化干燥收缩：混凝土在未饱和空气中向外界散失水分而产生的收缩。干缩与水灰比、环境温湿度、胶凝材料组成、骨料品种与比例、养护条件、龄期等因素有关。第12页/共43页 100g水泥浆体，可蒸发水分约水泥浆体，可蒸发水分约6ml 混凝土混凝土C=300kg/m3，可蒸发水分约，可蒸发水分约18l 水泥砂浆干缩值约水泥砂浆干缩值约0.10.2%水泥混凝土水泥混凝土180天自由干缩值约天自由干缩值约0.040.06%第13页/共43页在与外界没有水分交换的条件下，混凝土内部自干燥作用引起的宏观体积收缩。混凝土的自收缩在初凝以后开始产生。

5、自收缩大小与水胶比、胶凝材料组成、减水剂品种与掺量、骨料品种与比例有关。自收缩第14页/共43页化学反应导致的体积变化水化过程中水化产物的绝对体积减少。硅酸盐水泥的水化收缩约7%。如果混凝土C=300kg/m3，减缩值，减缩值2127L/m3初凝以前水化收缩表现为塑性收缩，初凝以后则导致自干燥收缩产生。第15页/共43页自收缩机理水化反应进行过程中，一部分拌合水由化学反应消耗，一部分填充凝胶孔。当水灰比较大时，凝胶孔基本上充满水，自身收缩很小；水灰比较小时，凝胶孔内部只有部分充满水，形成弯月面，外界的压力使水泥浆体收缩。第16页/共43页混凝土的水化收缩与自收缩第17页/共43页自收缩与干缩的

6、异同点相同点：均由于水的迁移所引起；不同点：1.自收缩不失重，干缩伴随水分散失；2.自收缩是各向同性的，干缩由表及里；3.水灰比降低时，干缩减小，自收缩增大；4.覆盖后（或拆模前）不发生干缩，而自收缩必须通过湿养护才能减小。第18页/共43页常规收缩试验测定结果是干燥收缩与自收缩的叠加，主要是干燥收缩。普通混凝土主要产生干燥收缩，自生收缩不超过50微应变，占总测定值的10%左右。干燥收缩是引起普通混凝土开裂的主要原因之一。在高强混凝土中，自生收缩可达数百微应变，占总收缩量的一半左右，不可忽视。自收缩与干缩的异同点第19页/共43页w/b=0.26w/b=0.34混凝土的自收缩第20页/共43页

7、自身收缩和干燥收缩占总收缩的比例（%）第21页/共43页混凝土的变形类型与开裂混凝土的变形类型与开裂自由收缩，相向变形，不裂；自由收缩，相向变形，不裂；限制收缩，背向变形限制收缩，背向变形,开裂开裂;自由膨胀，背向变形，开裂；自由膨胀，背向变形，开裂；限制膨胀，相向变形，不裂限制膨胀，相向变形，不裂第22页/共43页混凝土结构裂缝产生的原因变形作用引起的混凝土结构开裂的原因很复杂，涉及到结构设计、材料组成、施工技术、环境状态等诸多因素。混凝土材料本身的组成与性质的变化，以及随之而来的施工技术变化是现代混凝土结构容易开裂的重要原因。第23页/共43页大体积混凝土底板不容易开裂钢筋约束强，可在表面

8、加细钢筋网片；养护容易。连续墙容易开裂横向大多只有构造钢筋，养护困难，暴露面大。第24页/共43页混凝土连续墙有序开裂示意第25页/共43页长墙应力分布及开裂示意第26页/共43页内部约束下构件内部存在温差引起拉应力。外部约束下随龄期发展的温降引起拉应力。某一时刻体积收缩变形引起的拉应力是这两部分的叠加。内部约束下构件内部的拉应力第27页/共43页混凝土结构开裂的影响因素材料因素：胶凝材料的细度、水化速率、水化热、强度发展速率。配合比因素：水胶比、浆体含量、骨料弹性模量。约束因素：体积、配筋率环境因素：气温、风速、湿度。第28页/共43页混凝土结构开裂的预防结构形式与材料性能要求的协调材料性能

9、的要求不能过高不能将结构的功能全部转移给材料第29页/共43页某工程用C30防水混凝土配合比材料用量（kg/m3)水170 PO.42.5R 水泥311 II级粉煤灰53硅灰40膨胀剂34 人工砂703碎石1069防水剂4减水剂6.75水泥用量大，胶材用量大，组分复杂，放热量大，工作性差，强度增长快，抗开裂性差，难于达到防水要求！第30页/共43页混凝土结构开裂的预防原材料的品质须符合要求骨料的含泥量、针片状颗粒含量、细度与级配。粉煤灰的品质外加剂与胶凝材料的相容性第31页/共43页防裂混凝土防裂混凝土 技术措施：技术措施：降低水泥用量，限制使用降低水泥用量，限制使用R R型早强水泥；型早强水

10、泥；应掺加胶凝材料总量应掺加胶凝材料总量202030%30%以上的粉煤灰；以上的粉煤灰；粗骨料最大空隙率应尽量小。粗骨料最大空隙率应尽量小。混凝土的密实性和均匀性是结构防裂与防水的首要保证，混凝土发生渗漏，往往是施工原因造成的质量不均匀和裂缝。第32页/共43页p膨胀剂防裂技术的应用，必须具有专门膨胀剂防裂技术的应用，必须具有专门的知识和技术的知识和技术混凝土必须处于限制状态。自由或过大混凝土必须处于限制状态。自由或过大的膨胀将导致混凝土强度的严重削弱甚的膨胀将导致混凝土强度的严重削弱甚至开裂。膨胀剂用量过大或过小都会对至开裂。膨胀剂用量过大或过小都会对防裂效果和混凝土强度产生不利影响防裂效果

11、和混凝土强度产生不利影响。补偿收缩混凝土第33页/共43页使早期混凝土处于受压或低受拉使早期混凝土处于受压或低受拉的应力状态，避免早期开裂。的应力状态，避免早期开裂。延迟混凝土的收缩开始时间，此延迟混凝土的收缩开始时间，此时混凝土的抗拉能力已有较大增时混凝土的抗拉能力已有较大增长。长。早期限制膨胀的作用一般认为，应用补偿收缩混凝土时，应导入0.30.7MPa的预压应力。第34页/共43页早期限制膨胀的作用计算方法的适用性尚缺乏充分验证，实际应计算方法的适用性尚缺乏充分验证，实际应用时存在的问题：用时存在的问题：a）实际结构的限制程度难以用标准小试件的配筋率模拟；b）尺寸的影响不清，实际结构构件

12、与标准条件下小试件的膨胀特性不同；c）温度的影响不清，水化温升加速膨胀剂水化，早期膨胀将消耗在无效的塑性和徐变变形中，削弱膨胀剂的效果。不同的膨胀剂对于温度、养护条件、胶凝材料组成、减水剂的适应性有所不同。第35页/共43页p高温高温60607070下膨胀效能下降下膨胀效能下降需有充分的水补给，早期干燥缺水，反需有充分的水补给，早期干燥缺水，反而加速开裂而加速开裂掺入粉煤灰会减少其限制膨胀率掺入粉煤灰会减少其限制膨胀率坍落度经时损失会明显增加坍落度经时损失会明显增加缓凝剂会降低限制膨胀率缓凝剂会降低限制膨胀率膨胀剂拌合不匀，局部产生过量膨胀，膨胀剂拌合不匀，局部产生过量膨胀，也会引起开裂也会引

13、起开裂补偿收缩混凝土第36页/共43页补偿收缩混凝土1）施工单位应具有应用膨胀剂的经验，有严格的工法和操作条例2）施工前必须对所用补偿收缩混凝土的性能进行专门的检验：测定其自由膨胀率、限制膨胀率和限制收缩率和它们的落差，以及温度变化对其性能的影响。第37页/共43页混凝土施工的温度控制与潮湿养护混凝土施工的温度控制与潮湿养护 单纯依靠现行混凝土结构施工与验收规范的要求进行施工，不能保证大型工程能够防止混凝土施工时的开裂。第38页/共43页温度控制温度控制a a、浇筑温度浇筑温度 浇筑温度应不高于浇筑温度应不高于2525。热天施工时如难于。热天施工时如难于达到，也不宜高于达到，也不宜高于3030

14、；并应同时调整混凝土配；并应同时调整混凝土配合比，降低水泥用量以减小水化放热量。合比，降低水泥用量以减小水化放热量。混凝土浇筑温度愈高，水化反应愈快，释放混凝土浇筑温度愈高，水化反应愈快，释放热量愈多，升温愈高，进一步加速水化反应。热量愈多，升温愈高，进一步加速水化反应。同样配比混凝土当入模温度为同样配比混凝土当入模温度为1010时，时，2424小小时后升到时后升到3030；当入模温度为；当入模温度为2020时，时，2020小时后小时后升到升到5555；即入模温度相差；即入模温度相差1010可使最大温升差可使最大温升差2525。第39页/共43页温度控制温度控制b b、最高温度最高温度 混凝土

15、内部的最高温度一般不超过混凝土内部的最高温度一般不超过7575。c c、最大温差最大温差 混凝土内部和表面的温差一般不应超过混凝土内部和表面的温差一般不应超过2525。混凝土表面温度与大气温度的差别也不。混凝土表面温度与大气温度的差别也不应超过应超过2525，混凝土表面与养护水的温差不超，混凝土表面与养护水的温差不超过过1515。d d、降温速度降温速度 混凝土内部一般不超过混凝土内部一般不超过3/d3/d。第40页/共43页养护养护养护包括保持湿度和温度，实施温度监测可为混凝养护包括保持湿度和温度，实施温度监测可为混凝土的复盖保温和拆模时机的选择提供可靠的依据。土的复盖保温和拆模时机的选择提

16、供可靠的依据。墙体的保湿措施：墙体的保湿措施：1 1）模板外侧复盖保水挂帘）模板外侧复盖保水挂帘 2 2）及早松开模板，从模板与墙体的缝隙中注水）及早松开模板，从模板与墙体的缝隙中注水 3 3）采用可保水和注水的特殊模板）采用可保水和注水的特殊模板 4 4）高吸水性树脂作内养护）高吸水性树脂作内养护拆模后的混凝土表面仍需保持潮湿，应加复盖，外拆模后的混凝土表面仍需保持潮湿，应加复盖，外界气温较低时也需复盖界气温较低时也需复盖地下结构外墙和顶板应及早回填；长时间暴露的顶地下结构外墙和顶板应及早回填；长时间暴露的顶板表面，温湿度变化大，最容易开裂，需临时用土板表面，温湿度变化大，最容易开裂，需临时用土复盖。复盖。第41页/共43页第42页/共43页感谢您的观看。第43页/共43页