预拌混凝土裂缝预防与处理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,预拌混凝土裂缝防治,杨长辉重庆大学材料学院重庆大学建设工程质量检测中心,1,一、预拌混凝土的开裂问题,2,裂缝的概念,裂缝是固体的一种,不连续,现象。,裂缝在,一定程度上,是一种人们,可以接受,的材料属性。,通常所称裂缝是指宽度大于的可见裂缝，无缝是相对的。混凝土结构无缝是指没有可见裂缝，但其中的微裂纹仍然存在，甚至大量存在。,3,裂缝对混凝土工程的影响,影响结构的挠度，特别是大跨度结构；,损害结构的连续性，降低结构承载能力；,影响结构的使用功能，如引起渗漏等；,影响工程外观质量；,为环境中侵蚀介质向混凝土结构提供通道，加速混凝土的碳化、钢筋锈蚀和中酸碱腐蚀等，降低结构耐久性。,4,预拌混凝土开裂问题,预拌混凝土开裂问题普遍存在；,裂缝发生的时间相对较早；,非结构性裂缝,占绝大多数，,主要由混凝土变形引起，但往往是多因素综合作用的结果,；,影响因素复杂，包括设计、材料、施工及施工环境条件，引起的,质量问题,纠纷繁多，准确界定责任困难；,解决预拌混凝土开裂问题是一项复杂的系统工程，需要研究、检测、完善相关标准和规程、优化设计、结合施工环境条件精心组织施工、优选原材料并优化配合比、加强施工监理和监督等整体推进。,5,混凝土严重开裂画面,6,预拌混凝土开裂原因分析（,1,）,来自水泥品质方面原因：,细度：,5%,8%,1%,3%,碱含量：低、中,中、高；多数地区,平均值达,0.9%NaO,equiv,.,以上；,强度发展：普通型,早强型；,混合材种类：单一,多元化；,混合材掺量：低,高。,同等条件下提高混凝土的收缩,7,预拌混凝土开裂原因分析（,2,）,来自混凝土组成的原因：,胶集比提高,水胶比降低,引气型外加剂应用,砂率提高,粗集料用量和最大粒径降低,混凝土收缩提高,8,预拌混凝土开裂原因分析（,3,）,混凝土强度等级不断提高；,C30C80/C100,；,超细矿物掺合料应用，如硅灰、超细矿渣粉等；,施工不规范（,一次浇筑高度、欠,/,过振、覆盖不及时、养护不及时,/,时间过短、支撑体系变形过大、现场无序加水等,）；,设计欠合理（,缺少必要的构造措施如施工缝设置、防裂筋间距,/,位置欠合理等,）；,施工工期要求高。,混凝土收缩增大,9,二、混凝土变形,10,混凝土自收缩,概念,一个,密闭、恒温,的胶凝材料体系在无外荷载作用下，由于内部相对湿度减小而引起的宏观体积收缩，称为自干燥收缩（简称自收缩）。其占混凝土总收缩的比例随水胶比降低和混凝土强度等级提高呈增长趋势。,11,混凝土自收缩,发展水平（,1,）,混凝土自收缩随龄期的变化,12,混凝土自收缩,发展水平（,2,）,混凝土自收缩随温度的变化曲线,13,混凝土化学减缩,机理,早期化学收缩可分为溶解收缩和水化收缩，宏观上反映水泥体系体积减小。,溶解如,：,C,3,S(+H,2,O)Ca,2+,OH,-,H,2,SiO,4,2-,，,(,体积减少,0.32ml/g),Na,2,O,，,K,2,O,（,H,2,O,）,Na,+,K,+,OH,-,，,(,体积减少,0.43ml/g),水化如,：,C,3,S,2HCSH,2,，,(,体积减少,0.10ml/g),C,3,A,3CSH,2,+26H,2,OC,6,AS,3,H,32,(,体积减少,0.24ml/g),在饱和水泥分散体系中，水泥溶解和水化所产生的体积变化（,V/Vc,）可按下式进行计算：,V/Vc,Cc,Pc,W/C+Vch/Vc,（,2,）,式中，,V,水泥溶解和水化产生的绝对体积减少；,Vc,水泥原始体积；,Cc,饱和时的水泥浓度；,Pc,水泥密度；,W/C,水灰比；,Vch,水泥水化后的体积。,式（,2,）右边第一部分为水泥溶解所产生的体积变化，其大小与水灰比（,W/C,）成线性关系；第二部分为水泥水化体积变化，与水灰比有关。,Belzung,和,Wittman,实验研究显示，,1,升料浆，水灰比为,3,，水泥的早期化学收缩（溶解收缩和水化收缩）值为，并且早期化学收缩在很短的时间（小时左右）内即达到了相对较大值，之后，在整个诱导期内（约,5-6,小时），只有较小的发展。,14,水泥熟料矿物化学收缩,水泥熟料矿物化学收缩随龄期的变化变化,15,混凝土塑性沉降收缩,在干燥前，新拌混凝土粒子间充满水分，浇注后，固体粒子沉降，水分上升（泌水），形成一层表面水。水泥净浆浮至混凝土表面产生外分层；水泥浆浮至粗集料下方，产生内分层。如果沉降均匀发展就不会产生裂缝。,塑性沉降和毛细管压力产生的收缩都发生在混凝土拌合物凝结硬化前（塑性阶段）的几个小时内，有时没有明显区别，交织在一起。,可以认为塑性沉降引起的收缩是塑性收缩的一部分,。,16,混凝土塑性收缩,1942,年,Swayze,定义塑性收缩为,“,水泥浆体积收缩（,收缩值的大小是干水泥绝对体积的,1,）,”,。,目前,ACI,将其定义为,“,发生在水泥浆、砂浆、灰浆或混凝土凝结前的收缩,”,。,Wittman,认为塑性收缩机理是由于水分蒸发使得新拌混凝土表面变干时，在靠近表面的粒子（水泥和集料）之间的水中将形成复杂的毛细管弯月面体系，随着水分的丧失，毛细管水负压得以发展，从而产生塑性收缩。同时，他也用实验证实了塑性收缩与毛细管压力存在直接的比例关系。,17,混凝土塑性收缩与毛细管压力的发展,塑性收缩、毛细管压力与时间的关系 塑性收缩与毛细管压力的关系,18,混凝土干燥收缩,由于混凝土内容水份丧失引起混凝土体积减小。普通混凝土的干燥收缩一般在,200,60010,-6,。发展速率与环境温、湿度有关，标准试验条件下，至,180,天龄期趋于缓慢增长。,19,混凝土干燥收缩与环境湿度的关系,混凝土干燥收缩随环境相对湿度的变化曲线,20,混凝土干燥收缩发展,21,混凝土徐变变形,混凝土在持续荷载作用下，因凝胶的粘性流动引起的变形。与荷载水平、环境条件、胶凝材料的种类和用量等多种因素有关。对预应力钢筋混凝土结构的挠度控捉制和预应力损失密切相关。,22,混凝土的热变形,因温度变化引起的变形。含因水化热引起的变形。,23,三、混凝土收缩的控制,24,混凝土的干燥过程,25,混凝土干燥收缩预测模式,Almudaiheen,和,Hansent,（,HA,式）：,式中：,Ns,为达到一半最终收缩时的时间，,d,。,Almudaiheen,和,Hansent,得出,Ns,与,体积,/,表面积（,V/S,）,比有如下关系：,当时，,Ns=0.33exp(0.522V/S),当时，,Ns=13.28exp(0.030V/S),然而对于上述,AH,式，,Bazant12,认为不符合扩散理论,13,，不能很好地解释尺寸效应的影响。之后，,Almudaiheen,和,Hansent14,又提出用下式预测干燥收缩：,N,为达到一半最终收缩时的时间，,d,。,N,与平均干燥径迹长度,Ld,（单位为,mm,）存在如下关系，,当沿表面测试收缩时，,N=16.6exp(0.045Ld),当沿矩心中轴测试收缩时，,N=20.1exp(0.063Ld),26,集料含量和水灰比对混凝土收缩的影响,混凝土收缩随水胶比提高而增大，,随胶比提高而降低,27,集料种类对混凝土收缩的影响,烁石,花岗石,石灰石,石英石,28,空气速度对混凝土早期收缩的影响,图,3.1,不同环境条件下高强和普通混凝土早期收缩随时间的变化曲线,风速提高混凝土收缩增大,高强混凝土的收缩大于普通混凝土,29,砂率对混凝土早期收缩的影响,图,3.20,不同砂率条件下混凝土,24h,收缩的变化曲线,风速较大时，混凝土收缩随砂率提高呈增大趋势,30,胶结材用量对砼开裂面积的影响,胶结材用量提高砼开裂面积和最大裂缝宽度呈增大趋势,31,胶结材总量对混凝土早期开裂的影响,32,粉煤灰掺量对混凝土早期裂缝面积的影响,FA,掺量在,40%,以内对降低混凝土收缩有利,33,矿渣粉掺量对砼早期裂缝的影响,矿渣粉掺量低于,20%,对降低砼早期裂缝面积有利,34,硅灰对砼早期裂缝的影响,35,硅灰对砼早期收缩的影响,混凝土早期收缩随硅灰掺量提高呈增长趋势,36,保湿和二次抹面对砼早期裂缝的影响,保湿和二次抹面对降低混凝土早期开裂有明显效果,37,低弹模纤维混凝土,裂缝面积随纤维掺量提高和纤维长度增长而显著降低,38,纤维对混凝土水分蒸发速率的影响,混凝土水份蒸发速率随纤维掺量提高呈缓慢降低趋势,39,高弹模纤维混凝土,40,减缩剂的作用,降低表面张力,41,减缩剂的作用,降低质量损失,42,减缩剂的作用,降低总收缩,43,减缩剂的作用,降低干燥收缩,44,减缩剂的作用,降低干燥深度,45,膨胀剂对混凝土早期收缩的影响,略,46,四、预拌混凝土防裂技术措施,47,设计措施,设置必要的防裂网、筋；,合理设置后浇带、伸缩缝的距离；,确定适当配筋率，钢筋间距,.,。其中，板筋、剪力墙、挡土墙、后张预应力箱梁等应分别对待。,结构类别,室内,/,土壤,露天,排架结构,装配式,100,70,框架结构,装配式,75,50,现浇式,55,35,剪力墙,装配式,65,40,现浇式,45,30,挡土墙、地下室墙等结构,装配式,40,30,现浇式,30,20,钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距（,m),48,施工措施,合理振捣；,及时保湿、精心养护；,确定适当脱模时间；,控制一次浇筑高度；,加强二次碾压、抹面；,控制混凝土入模温度；,加强混凝土温度及内外温差监控；,有效控制混凝土入模坍落度；,适度确定浇筑强度。,49,预拌混凝土生产质量控制,优化混凝土配制参数（胶结料总量、胶集比、水胶比、砂率、矿物掺合料和外加剂掺量等）；,优选水泥、矿物掺合料、外加剂种类；,采用补偿收缩技术；,使用乱向短纤维；,使用混凝土减缩剂；,有效控制混凝土坍落度等。,50,五、混凝土裂缝处理,51,现行规范对混凝土结构裂缝的控制,（,GB50010,）,环境类别,钢筋混凝土结构,预应力混凝土结构,裂缝控制等级,最大裂缝宽度限值（,mm,）,裂缝控制等级,最大裂缝宽度限值（,mm,）,一,三,0.3(0.4),三,0.2,二,三,0.2,二,-,三,三,0.2,一,-,注,（,1,）,裂缝控制等级划分：一级,严格要求不出现裂缝；二级,一般要求不出现裂缝；,三级,允许出现裂缝的构件。,（,2,）环境类别划分：一类,室内正常环境；,二类（,a,）,室内潮湿环境；非严寒或非寒冷露天、与,无侵蚀性水或土壤接触的环境；,二类,(b),严寒,/,寒冷地区露天、与无侵蚀性水或土壤接触的环境；,三类,使用除冰盐、严寒,/,寒冷地区冬季水位变化、海滨室外；,四类,海水环境；,五类,受人为或自然侵蚀物影响的环境。,52,混凝土结构裂缝处理基本程序,检测、检查裂缝的分布、深度,/,宽度；,分析裂缝的危害；,选择处理方法和材料；,施工；,检查验收。,53,结构性裂缝的处理,根据结构型式和使用要求，采取提高结构承载能力的加固措施。具体包括：,（,1,）粘钢,（,2,）包钢,（,3,）粘贴碳纤维布,（,4,）增大结构截面,（,5,）改变结构受力体系,（,6,）结构体外预应力,54,混凝土结构裂缝修补,表面涂抹法,该法适用于修补稳定裂缝，可根据结构的使用要求选择涂抹用的材料，材料必须具有密封性、不透水性和耐候性，其变形性能应与被修补的混凝土性能相近。常用的表面修补材料有环氧树脂、丙烯酸橡胶。较大的裂缝可以用水泥砂浆、防水快凝砂浆涂抹。,图,8.4-3,表面涂抹法,55,混凝土结构裂缝修补,表面贴补法,用胶粘剂把橡皮或其它止水材料贴在裂缝部位的混凝土面上，达到密封裂缝、防止渗漏的目的。止水材料有橡皮、氯丁胶皮、塑料带、紫铜片、高分子土工防水材料等。,56,混凝土结构裂缝修补,填充法（嵌缝法）,一般用于修补水平面上较宽的裂缝（,）。根据裂缝的情况，可直接向缝内灌入不同粘度的树脂。宽度小于的裂缝则应开成,V,型或,U,型槽（图），洗去浮灰，先涂上一层界面处理剂或低粘度的树脂，以增加其填充料与混凝土的粘结力。,图,8.4-4,开槽填充法,57,混凝土结构裂缝修补,缝合法（锚固法）,以钢筋栓沿混凝土裂缝隔一定距离将裂缝锚紧的修补方法（图），多用于混凝土及钢筋混凝土的补强加固，以恢复结构承载力为目的的修补工程，同时，可锁住活缝，使建筑物不再出现新的破坏。,图,8.4-5,缝合法示意图,58,混凝土结构裂缝修补,预应力锚固法,此法为混凝土结构的补强加固法。沿与裂缝相垂直的方向配置以钢筋或锚杆，然后拉紧，使钢筋中产生预应力，最后锚紧（图）。该法适用于混凝土结构的加固。,图,8.4-6,预应力锚固法,59,混凝土结构裂缝修补,压力灌浆,适用于宽度较小、深度较深的裂缝修补。,裂缝断面,压浆管头,透气孔,混凝土结构裂缝压浆修补示意,60,六、混凝土早期开裂试验方法,（,裂缝面积、初裂时间、裂缝最大宽度、失水速度等,）,61,平板约束法,62,平板法,63,圆环法,64,七、现场控制方法和程序,确定温度对检测元件的影响,相对湿度检测,混凝土应变检测,混凝土应力检测,温度影响分析,应变分析,应力分析,现场裂缝观测。,65,谢谢您的光临,66,