混凝土裂缝成因与控制课件

混凝土结构裂缝的成因与控制混凝土结构裂缝的成因与控制 混凝土结构的开裂问题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 现代混凝土结构的开裂主要不是由于荷载的作用，而是现代混凝土结构的开裂主要不是由于荷载的作用，而是变形变形所致所致 温度变形、收缩变形温度变形、收缩变形和和基础不均匀沉降基础不均匀沉降等，都可能引起等，都可能引起混凝土结构的开裂混凝土结构的开裂 根据工程数据的估计，变形作用引起的裂缝几乎占全部根据工程数据的估计，变形作用引起的裂缝几乎占全部裂缝的裂缝的80%80%以上以上 材料的耐久性材料的耐久性结构的耐久性结构的耐久性 裂裂 缝缝 混凝土结构的裂缝常常是控制其使用寿命的重要因素混凝土结构的裂缝常常是控制其使用寿命的重要因素混凝土结构裂缝的种类混凝土结构裂缝的种类 塑性裂缝塑性裂缝 温度裂缝温度裂缝 收缩裂缝（干燥收缩、自干燥收缩收缩裂缝（干燥收缩、自干燥收缩）塑性裂缝塑性裂缝 当表面失水速率超过实际泌水速率时，新拌混凝土迅速干当表面失水速率超过实际泌水速率时，新拌混凝土迅速干燥。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塑性裂缝常引发硬化混凝土的开裂，可通过及时抹面消除 泌水速率泌水速率 蒸发速率蒸发速率开裂开裂温度变化导致的体积收缩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、凝胶材料的组成及用量、混凝土拌合物入模与水胶比、凝胶材料的组成及用量、混凝土拌合物入模温度、环境温度变化、内部的相对湿度、结构形式等因素温度、环境温度变化、内部的相对湿度、结构形式等因素有关有关温度裂缝温度裂缝 混凝土硬化期间由于胶凝材料水化放热使内部温度升高，混凝土硬化期间由于胶凝材料水化放热使内部温度升高，达到温度的峰值后降温时产生受约束的收缩变形，形成拉达到温度的峰值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，出现开裂应力。当拉应力超过混凝土即时抗拉强度时，出现开裂 近几十年来，基础、桥梁、隧道衬砌以及其他构件尺近几十年来，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很多寸并不很大的结构混凝土开裂的现象很多 此时混凝土的干燥收缩并不显著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水化热、温度变化以及内外温差成为混凝土结构开裂的主要原因的主要原因 高强度混泥土具有较大的温度收缩高强度混泥土具有较大的温度收缩C40C40大掺量粉煤灰混凝土的绝热温升曲线大掺量粉煤灰混凝土的绝热温升曲线C30C30混凝土的绝热温升曲线混凝土的绝热温升曲线 龄期龄期/h h 4 4米厚混凝土板的温升曲线米厚混凝土板的温升曲线混凝土内部湿度变化导致的体积变化混凝土内部湿度变化导致的体积变化干燥收缩：干燥收缩：混泥土在未饱和空气中向外界散失水分而产生的收缩混泥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、期龄等因素有关与比例、养护条件、期龄等因素有关 100g 100g水泥浆体，可蒸发水分约水泥浆体，可蒸发水分约6ml6ml 混凝土混凝土C C=300kg300kg/m3,/m3,可蒸发水分约可蒸发水分约18l18l 水泥砂浆干缩值约水泥砂浆干缩值约0.1%0.1%0.2%0.2%水泥混凝土水泥混凝土180180天自由干缩值约为天自由干缩值约为0.04%0.04%0.06%0.06%自收缩自收缩 在与外界没有水分交换的条件下，混泥土内部自干燥在与外界没有水分交换的条件下，混泥土内部自干燥作用引起的宏观体积收缩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混凝土的自收缩在初凝以后开始产生 自收缩大小与水胶比、胶凝材料组成、减水剂品种与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掺量、骨料品种与比例有关化学反应导致的体积变化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小，硅酸盐水泥的水水化过程中水化产物的绝对体积减小，硅酸盐水泥的水化收缩约为化收缩约为7%7%，如果混凝土，如果混凝土C C=300kg300kg/m3,/m3,减缩值减缩值212127L27L/m3m3 初凝以前水化收缩表现为塑性收缩，初凝以后则导致自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干燥收缩产生 自收缩机理自收缩机理 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，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水，形成弯月面，外界的压力使水泥浆体收缩混凝土的水化收缩与自收缩混凝土的水化收缩与自收缩自收缩与干缩的异同点自收缩与干缩的异同点 相同点：均由于水的迁移所引起相同点：均由于水的迁移所引起 不同点：不同点：a a、自收缩不失重，干缩伴随水分散失、自收缩不失重，干缩伴随水分散失 b b、自收缩是各向同性的，干缩由表及里、自收缩是各向同性的，干缩由表及里 c c、水灰比降低时，干缩减小，自收缩增大、水灰比降低时，干缩减小，自收缩增大 d d、覆盖后（或拆模前）不发生干缩，而自收、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缩必须通过湿养护才能减小 自收缩与干缩的异同自收缩与干缩的异同 常规收缩试验测定结果是干燥收缩与自收缩的叠加，主常规收缩试验测定结果是干燥收缩与自收缩的叠加，主要是干燥收缩要是干燥收缩 普通混凝土主要产生干燥收缩，自收缩不超过普通混凝土主要产生干燥收缩，自收缩不超过5050微应变，微应变，占总测定值的占总测定值的10%10%左右左右 干燥收缩是引起普通混凝土开裂的主要原因干燥收缩是引起普通混凝土开裂的主要原因 在高强混凝土中，自身收缩可达数百微应变，占总收缩在高强混凝土中，自身收缩可达数百微应变，占总收缩量的一半左右，不可忽视量的一半左右，不可忽视混凝土的自收缩混凝土的自收缩自身收缩与干燥收缩占总收缩的比例自身收缩与干燥收缩占总收缩的比例(%)(%)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，开裂限制收缩，背向变形，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，不裂混凝土结构裂缝产生的原因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施工技术变化是现代混凝土结构容易开裂的重要原因大体积混凝土底板不易开裂大体积混凝土底板不易开裂 钢筋约束强，可在表面加细钢筋网片，养护容易钢筋约束强，可在表面加细钢筋网片，养护容易连续墙容易开裂连续墙容易开裂 横向大多只有构造钢筋，养护困难，暴露面大横向大多只有构造钢筋，养护困难，暴露面大混凝土连续墙有序开裂示意图混凝土连续墙有序开裂示意图长墙应力分布及开裂示意图长墙应力分布及开裂示意图内部约束下构件内部的拉应力内部约束下构件内部的拉应力 内部约束下构件内部存在温差引起拉应力内部约束下构件内部存在温差引起拉应力 外部约束下随期龄发展的温降引起拉应力外部约束下随期龄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某一时刻体积收缩变形引起的拉应力是这两部分的叠加 混凝土结构开裂的影响因素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、强度材料因素：胶凝材料的细度、水化速率、水化热、强度发展速率发展速率 配合比因素：水胶比、浆体含量、骨料弹性模量配合比因素：水胶比、浆体含量、骨料弹性模量 约束因素：体积、配筋率约束因素：体积、配筋率 环境因素：气温、风速、温度环境因素：气温、风速、温度混凝土结构开裂的预防混凝土结构开裂的预防结构形式与材料性能要求的协调结构形式与材料性能要求的协调 材料性能的要求不能过高材料性能的要求不能过高 不能将结构的功能全部转移给材料不能将结构的功能全部转移给材料某工程用某工程用C30C30防水混凝土配合比防水混凝土配合比 混凝土结构开裂的预防混凝土结构开裂的预防原材料的品质须符合要求原材料的品质须符合要求 骨料的含泥量、针片状颗粒含量、细度与级配骨料的含泥量、针片状颗粒含量、细度与级配 粉煤灰的品质粉煤灰的品质 外加剂与胶凝材料的相容性外加剂与胶凝材料的相容性防裂混凝土防裂混凝土 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缝 技术措施：技术措施：a a、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泥 b b、应掺加凝胶材料、应掺加凝胶材料20%20%30%30%以上的粉煤灰以上的粉煤灰 c c、粗骨料最大孔隙率应尽量小、粗骨料最大孔隙率应尽量小补偿收缩混凝土补偿收缩混凝土 膨胀剂防裂技术的应用，必须具有专门的知识和技术膨胀剂防裂技术的应用，必须具有专门的知识和技术 混凝土必须处于限制状态，自由或过大的膨胀将导致混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至开裂，膨胀剂用量过大或过小都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防裂效果和混凝土强度产生不利影响会对防裂效果和混凝土强度产生不利影响早期限制膨胀的作用早期限制膨胀的作用 使早期混凝土处于受压或低受拉的应力状态，避免早期使早期混凝土处于受压或低受拉的应力状态，避免早期开裂开裂 延迟混凝土的收缩开始时间，此时混凝土的抗拉能力已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长有较大增长 一般认为，应用补偿收缩混凝土时，应导入一般认为，应用补偿收缩混凝土时，应导入0.30.30.7MPa0.7MPa的预应力的预应力 早期限制膨胀的作用早期限制膨胀的作用 计算方法的适用性尚缺乏充分验证，实际应用时存在的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问题 a a、实际结构的限制程度难以用标准小试件的配筋率模、实际结构的限制程度难以用标准小试件的配筋率模拟拟 b b、尺寸的影响不清，实际结构构件与标准条件下小试、尺寸的影响不清，实际结构构件与标准条件下小试件的膨胀特性不同件的膨胀特性不同 c c、温度的影响不清，水化温升加速膨胀剂水化，早期、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，消弱膨胀剂的效膨胀将消耗在无效的塑性和徐变变形中，消弱膨胀剂的效果。不同的膨胀剂对于温度、养护条件、胶凝材料组成、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减水剂的适应性有所不同补偿收缩混凝土补偿收缩混凝土 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，反而加速开裂需有充分的水补给，早期干燥缺水，反而加速开裂 掺入粉煤灰会减小其限制膨胀率掺入粉煤灰会减小其限制膨胀率 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 膨胀剂拌合不均，局部产生过量膨胀，也会引起开裂膨胀剂拌合不均，局部产生过量膨胀，也会引起开裂 补偿收缩混凝土补偿收缩混凝土 施工单位应具有应用膨胀剂的经验，有严格的工法和操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作条例 施工前必须对所用补偿收缩混凝土的性能进行专门的检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验 测定其自由膨胀率、限制膨胀率和限制收缩率和它们的测定其自由膨胀率、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落差、以及温度变化对其性能的影响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，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不能保证大型工程能够防止混凝土施工时的开裂温度控制温度控制 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。热天施工时如难以达到，也。热天施工时如难以达到，也不宜高于不宜高于3030；并应同时调整混凝土配合比，降低水泥用；并应同时调整混凝土配合比，降低水泥用量以及减少水化放热量量以及减少水化放热量 混凝土浇筑温度愈高，水化反应愈快，释放热量愈多，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小时后升到小时后升到3030；当入模温度为；当入模温度为2020时，时，2020小时后升到小时后升到5555；即入模；即入模温度相差温度相差1010可使最大温升差可使最大温升差2525温度控制温度控制 b b、最高温度、最高温度 混凝土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，混凝土表面温度与大气温度的差别也不应超过表面温度与大气温度的差别也不应超过2525，混凝土表面，混凝土表面与养护水的温度不超过与养护水的温度不超过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33/d/d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土的养护包括保持湿度和温度，实施温度监测可为混凝土的覆盖保温和拆模时机的选择提供可靠的依据覆盖保温和拆模时机的选择提供可靠的依据 墙体的保湿措施：墙体的保湿措施：a a、模板外侧覆盖保水挂帘、模板外侧覆盖保水挂帘 b b、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 c c、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 d d、高吸水性树脂做内养护、高吸水性树脂做内养护 拆模后的混凝土表面仍需保持潮湿，应加覆盖，外界气拆模后的混凝土表面仍需保持潮湿，应加覆盖，外界气温较低时也需覆盖温较低时也需覆盖 地下结构外墙和顶板应及早回填，长时间暴露的顶板表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，需临时用土覆盖面，温湿度变化大，最容易开裂，需临时用土覆盖