混凝土收縮裂縫的成因及控制

1、鋼筋混凝土收縮裂縫機理與控制鋼筋混凝土收縮裂縫機理與控制西南石油大學(xué)西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院王欣王欣報告思路v一、研究混凝土裂縫的原因一、研究混凝土裂縫的原因v二、鋼筋混凝土收縮裂縫產(chǎn)生原因二、鋼筋混凝土收縮裂縫產(chǎn)生原因v三、鋼筋混凝土收縮裂縫的控制三、鋼筋混凝土收縮裂縫的控制一、研究原因v混凝土作為目前用量最大的一種建筑材料，混凝土作為目前用量最大的一種建筑材料，其最大的缺點就是易產(chǎn)生裂縫。目前混凝土其最大的缺點就是易產(chǎn)生裂縫。目前混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題，是混凝土工程建設(shè)普遍的技結(jié)構(gòu)裂縫問題，是混凝土工程建設(shè)普遍的技術(shù)問題。而混凝土結(jié)構(gòu)的破壞和建筑物的倒術(shù)問題。而混凝土結(jié)

2、構(gòu)的破壞和建筑物的倒塌也都是從結(jié)構(gòu)裂縫的擴展開始而引起的。塌也都是從結(jié)構(gòu)裂縫的擴展開始而引起的。如地下工程如地下工程( (地下室、地下倉庫、地下人防工地下室、地下倉庫、地下人防工程等程等) )，若出現(xiàn)裂縫，將會產(chǎn)生大量的滲水。，若出現(xiàn)裂縫，將會產(chǎn)生大量的滲水。使地下工程的使用性能降低或不能使用；而廠使地下工程的使用性能降低或不能使用；而廠房和住宅、辦公樓的墻、板、柱、粱出現(xiàn)裂縫房和住宅、辦公樓的墻、板、柱、粱出現(xiàn)裂縫后，影響外觀，使用壽命。有嚴重裂縫的建筑后，影響外觀，使用壽命。有嚴重裂縫的建筑物將會威脅到人們的生命和財產(chǎn)安全。故在某物將會威脅到人們的生命和財產(chǎn)安全。故在某些施工驗收規(guī)范和工程

3、都是不允許混凝土結(jié)構(gòu)些施工驗收規(guī)范和工程都是不允許混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有明顯的裂縫。出現(xiàn)有明顯的裂縫。二、收縮裂縫產(chǎn)生的原因收縮裂縫收縮裂縫分為自收縮裂縫和干燥收縮裂縫分為自收縮裂縫和干燥收縮裂縫 當表面失水速率超過實際泌水速率時，當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，以抵抗因收縮受到限制所引起的應(yīng)力時，就產(chǎn)生開裂就產(chǎn)生開裂 泌水速率泌水速率 蒸發(fā)速率蒸發(fā)速率開裂開裂自收縮自收縮 在與外界沒有水分交換的條件下，混凝在與外界沒有

4、水分交換的條件下，混凝土內(nèi)部自干燥作用引起的宏觀體積收縮土內(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、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)減水劑品種與摻量、骨料品種與比例有關(guān)自收縮機理自收縮機理 水化反應(yīng)進行過程中，一部分拌合水由水化反應(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。當水化學(xué)反應(yīng)消耗，一部分填充凝膠孔。當水灰比較大時，凝膠孔基本上充滿水，自身灰比較大時，凝膠孔基本上充滿水，自身收縮很??；水灰比較小時，凝膠孔內(nèi)部只收縮很小；水灰比較小時，凝膠孔內(nèi)

5、部只有部分充滿水，形成彎月面，外界的壓力有部分充滿水，形成彎月面，外界的壓力使水泥漿體收縮。使水泥漿體收縮。干燥收縮干燥收縮v干燥收縮是水泥基混凝土的固有特性，是干燥收縮是水泥基混凝土的固有特性，是混凝土在混凝土在未飽和空氣中向外界散失水分而產(chǎn)生的收縮。未飽和空氣中向外界散失水分而產(chǎn)生的收縮。澆注澆注時呈流動狀態(tài)的混合介質(zhì)，硬化后呈固體狀態(tài)。除時呈流動狀態(tài)的混合介質(zhì)，硬化后呈固體狀態(tài)。除了硬化生成硅酸鈣等固體物質(zhì)，這是一個化學(xué)過程了硬化生成硅酸鈣等固體物質(zhì)，這是一個化學(xué)過程以外，還伴隨著一個蒸發(fā)失水干燥的物理過程，養(yǎng)以外，還伴隨著一個蒸發(fā)失水干燥的物理過程，養(yǎng)護不好就出現(xiàn)干燥收縮裂縫。混凝土內(nèi)

6、的固體水泥護不好就出現(xiàn)干燥收縮裂縫?；炷羶?nèi)的固體水泥漿體體積會隨含水量而改變。而骨料對水泥漿體體漿體體積會隨含水量而改變。而骨料對水泥漿體體積的變化則起很大的約束作用，使混凝土的體積變積的變化則起很大的約束作用，使混凝土的體積變化遠低于水泥漿體的體積變化。化遠低于水泥漿體的體積變化。自身收縮與干燥收縮占總收縮的比例自身收縮與干燥收縮占總收縮的比例(%)(%)影響混凝土干燥收縮的主要因素v1、水泥可以肯定的是水泥中的石膏比值對收縮值有重大影響，水泥制造廠通過優(yōu)化石膏含量來調(diào)節(jié)由于水泥組分不同造成的收縮差異。此外，水泥細度愈大；收縮量會有所增加，但其影響不大。如果有條件的話采用低熱水泥可能是減小

7、干縮裂縫的最有效的措施之一v2、骨料類型和骨料用量（1）粗、細骨料占混凝土總體積的65%75，對混凝土的收縮有很大影響。粗、細骨料限制了水泥漿體的自由收縮，使混凝土的收縮量減少到只有漿體收縮量的幾分之一。（2）骨料的彈性模量越高，減少收縮作用越明顯，骨料的吸水性反映了骨料孔隙率的大小，也影響骨料的彈性模量彈性模量低的吸水率通常較高，表1是用同一種水泥、相同的用水量配制的不同骨料混凝土的收縮值比較。砂巖、板巖、石英巖收縮值較大，而花崗巖、石灰?guī)r要好些。（3）骨料用量大和最大粒徑多的可減少收縮。表1 同一水泥不同參數(shù)測定收縮值v3、用水量、水泥用量、水灰比 用水量及水泥用量是影響干縮的重要因素。圖

8、2 混凝土用水量及水泥用量與干縮的關(guān)系如能在增加水泥量的同時減少混凝土的砂率，混凝土的收縮值仍可做到?jīng)]有明顯變化。增加水灰比也使收縮值增加，這從用水量、水泥用量和水灰比三者之中只有二個是獨立的關(guān)系就可推知，其中影響最大的是用水量。水灰比對干縮的影響圖3 水灰比對水泥漿干縮影響圖3顯示365天齡期水灰比0.65較0.26者其干縮值大一倍。v4、粉煤灰等火山灰質(zhì)摻料 火山灰質(zhì)礦物摻臺料的種類較多，成份不一，有些會使需水量增大從而加大收縮，有的即使不影響用水量也會增加收縮量。也有不少試驗資料認為粉煤灰混凝土的收縮量比不摻粉煤灰的混凝土要小些。圖4 粉煤灰混凝土的自收縮曲線 圖4為不同粉煤灰含量、不同

9、水膠比的混凝土從初凝至7d齡期的自收縮發(fā)展曲線。由圖可見： 1)粉煤灰混凝土自收縮隨齡期的變化與純水泥混凝土相似，均可劃分為明顯不同的兩段：初凝至1d前，自收縮快速增長，混凝土1d的自收縮即達到7d總收縮的80%以上；隨后趨于平緩，自收縮發(fā)展明顯減慢。水化早期，漿體的水化反應(yīng)較快，混凝土的強度較低，在毛細孔負壓作用下，試樣自收縮發(fā)展較快;水化中后期，漿體水化反應(yīng)減慢，試樣強度增加，漿體結(jié)構(gòu)能抵抗毛細孔負壓作用，試樣自收縮趨于穩(wěn)定。 2)粉煤灰混凝土與純水泥混凝土均隨水膠比的減小而增加；粉煤灰混凝土與純水泥混凝土相比，自收縮明顯降低，且隨粉煤灰摻量的增加成比 例降低。這主要是因為粉煤灰早期(14

10、d前)基本不參與水化反應(yīng)，因此在水膠比不變的條件下，增加粉煤灰的摻量相當于減少了早期參與水化反應(yīng)的膠凝材料量，增大了有效水灰比。由于用水量不變，所以水化產(chǎn)物所需要填充的孔隙基本不變。 粉煤灰替代部分水泥后，漿體早期的水化程度降低，水化產(chǎn)物對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的填充作用減弱。粉煤灰摻量增加，水泥石內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松，粗毛細孔含量提高，細毛細孔含量降低，毛細孔內(nèi)的自由水含量增多，臨界半徑增大，毛細管負壓作用降低，因此粉煤灰混凝土的自收縮減小。 v5、環(huán)境條件圖5 不同風(fēng)速和相對濕度下的水分蒸發(fā)速度環(huán)境因素關(guān)系到混凝土表面蒸發(fā)速度或失水程度。圖5表示大氣溫度和混凝土溫度均為30度時，不同風(fēng)速和相對濕度下的水分蒸

11、發(fā)速度。當混凝土失水時，開始喪失水分的是較大孔徑中的毛細孔隙水，所以相應(yīng)的收縮值較小圖6 水泥漿體的干縮與失水量的關(guān)系圖6表示固體水泥漿體的干燥收縮量與失水比例的關(guān)系，失水率從0增加到17%（相對濕度為100%到40%左右），收縮量約為0.6%，而失水量繼續(xù)增加時，則帶來的收縮量卻迅速增加（右邊陡然下降的折線）因為后一階段的收縮多為膠體孔隙水的喪失所引起。v6、構(gòu)件尺寸 構(gòu)件尺寸主要影響混凝土內(nèi)部水分喪失的速率，因而影響收縮的速率。研究表明，將混凝土置于50%相對濕度的環(huán)境中，混凝土從表面逐漸向內(nèi)干燥，一個月后可深入到7.5cm深處，而10年后也只能深入到60cm。處理具體工程實踐時，實際尺寸

12、構(gòu)件與試驗室小試件的差別必須予以考慮。三、控制收縮裂縫的措施v配制低收縮量的混凝土v降低混凝土的干燥速率，延緩表層水份損失v降低混凝土水化熱 v摻UEA膨脹劑v配制低收縮量的混凝土（1）減少拌合水的用量（2）加大粗骨料的最大粒徑和骨料含量（3）盡量減少水泥用量v降低混凝土的干燥速率，延緩表層水分損失（1）正確養(yǎng)護混凝土，尤其是早期頭幾個小時和澆筑當天的養(yǎng)護。（2）保證混凝土強度的前提下，宜盡早松開模板，并將養(yǎng)護注入（3）拆除模板后，扔應(yīng)保證暴露的混凝土表面不受陽光和風(fēng)的直接作用并使之潮濕。（4）達到規(guī)定養(yǎng)護時間，覆蓋層扔應(yīng)保留若干天。補償收縮混凝土補償收縮混凝土 膨脹劑防裂技術(shù)的應(yīng)用，必須具有

13、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)生不利影響補償收縮混凝土補償收縮混凝土 高溫6070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 補償收縮混凝土補償收縮混凝土 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v降低混凝土水化熱 (1)選擇水化熱低的水泥，優(yōu)先選用礦渣硅酸鹽水泥、 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 、粉煤灰硅酸鹽水泥。(2)摻入高效減水劑，以增加混凝土的和易性。 (3)摻加緩凝劑，使混凝土能在較長時間內(nèi)保持塑性， 從而調(diào)節(jié)新拌混凝土的凝結(jié)時間，減少水化熱。v摻UEA膨脹劑 摻入UEA膨脹劑， 以抵消混凝土干縮時產(chǎn)生的拉應(yīng)力，補償混凝土因為失水而在早期產(chǎn)生的收縮裂縫，提高混凝土的密實度。早期限制膨脹的作用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