km混凝土的早期裂縫控制課件

混凝土的早期裂縫控制11混凝土出現(xiàn)宏觀裂縫（0.05mm以上）是普遍現(xiàn)象多數(shù)情況下無明顯危害，查明原因后可以接受22但開裂又常是：設計有誤、原材料選擇不當、配比不良，施工質量低劣的綜合反映可能隱含抗?jié)B性差、強度不足、材料嚴重不勻、結構有薄弱環(huán)節(jié)或混凝土、鋼筋材料已遭受腐蝕和損傷甚至是面臨破壞的前兆所以，出現(xiàn)裂縫必須尋求原因，采取相應對策33混凝土開裂多發(fā)在早期（施工階段）——原因綜合、多樣后期使用過程中的開裂，許多也源于施工階段——如采用劣質水泥、活性骨料、CaCl2摻合料44

早期裂縫類型硬化前的裂縫——塑性裂縫硬化后的裂縫——收縮裂縫（溫降收縮、干燥收縮、自生收縮）收縮裂縫通常不會對結構的承載能力造成損害引起滲漏和超過允許寬度的收縮裂縫要堵縫修補小于0.15mm裂縫在濕潤環(huán)境下能自愈合但要排除可能隱患，如水泥質量低劣、骨料含泥量過大、拌料工任意加水、養(yǎng)護不良等導致混凝土強度和耐久性不足5早期裂縫類型硬化前的裂縫——塑性裂縫5

后期裂縫類型荷載裂縫干縮裂縫沉降等變形裂縫溫度變化裂縫混凝土腐蝕裂縫和鋼筋銹蝕裂縫

6后期裂縫類型荷載裂縫677

硬化前的塑性裂縫塑性干縮裂縫塑性沉降裂縫其它塑性裂縫8硬化前的塑性裂縫塑性干縮裂縫8塑性干縮裂縫（新拌混凝土）表面失水（蒸發(fā)﹥泌水）→干縮→開裂蒸發(fā)與大氣相對濕度RH%、大氣濕度t、混凝土澆筑溫度th、風速u有關

為防止開裂，蒸發(fā)速度應小于：1kg/m2·hr（傳統(tǒng)的高水灰比混凝土）0.3－0.5kg/m2·hr（低水灰比混凝土）

9塑性干縮裂縫（新拌混凝土）9

RH↓，t↑，th↑，u↑，蒸發(fā)量增加

水泥用量↑水泥細度↑粉煤灰↑用水量↑緩劑↑塑性干裂可能性增加

風速影響很大，RH=100%，t=4℃，th=27℃，三級風（16km/hr）→蒸發(fā)速度1kg/m2·hr

10

10防止塑性開裂措施

混凝土入模后預防外露表面失水盡快用塑料膜覆蓋工作面保持最小降低混凝土的入模溫度噴霧濕潤上方空氣設置遮蔽棚，防止陽光直射澆筑前潤濕模板和底板降低混凝土粉料總量降低用水量外加引氣劑（混凝土含氣量4.5±1.5%）通過抹面、壓光消除早期塑性裂縫

11防止塑性開裂措施11塑性沉降裂縫—骨料下沉引起

12塑性沉降裂縫—骨料下沉引起12其他塑性裂縫

模板松動支架下沉振搗不充分拖動振搗棒

13其他塑性裂縫13

硬化混凝土早期收縮裂縫干燥收縮（失水）溫度收縮（水化熱降溫）自生收縮（主要在低水膠比混凝土）塑性裂縫基礎上擴展的收縮裂縫混凝土不均勻引起的裂縫加水、拖動振搗棒、摻和料分布不勻、振搗不勻低水膠比混凝土的干燥收縮小于高水膠比混凝土，加上自生收縮后則大于高水膠比混凝土14硬化混凝土早期收縮裂縫干燥收縮（失水）14影響混凝土開裂的主要因素

⑴混凝土收縮程度；⑵所受約束程度；⑶混凝土彈性模量；⑷徐變或松弛能力；⑸抗拉變形能力或抗拉強度

15影響混凝土開裂的主要因素15外部約束

內部約束16外部約束

16干縮裂縫控制

配置低收縮混凝土減少拌和水量，減少漿體體積，加大粗骨量的最大粒徑和骨料含量

降低拌料入模溫度，選擇低含堿量水泥，控制骨料含泥量降低混凝土干燥速率，延緩表層水分損失設置構造鋼筋采用補償收縮混凝土，或外摻減縮劑設置伸縮縫和后澆帶施工提高混凝土抗裂能力

17干縮裂縫控制17溫度收縮裂縫控制收縮是以混凝土最初變硬時的長度作為基準這時的混凝土因水化熱而處于高溫或較高的溫度下減少因水化熱和環(huán)境溫度引起的溫升減少混凝土內外溫差控制降溫速度，防止溫度驟然變化選擇熱膨脹系數(shù)低的混凝土限制早期（12或24hr）強度18溫度收縮裂縫控制18干縮的過程很長，早期干縮開裂多由于表面失水過快，在局部約束下引起開裂僅當構件較薄時才引起貫穿裂縫溫度收縮裂縫在外部約束下常引起貫穿裂縫，同時也受內部約束

19192020溫度控制對防裂的重要性混凝土溫度增加，使：拌和用水增加，影響強度的密實性早期強度快速發(fā)展，削弱后期強度和密實性塑性開裂可能性增加溫度收縮開裂可能性增加澆筑溫度愈高，水化速度加快，進一步增加溫升限制散裝水泥溫度，選擇低水化熱水泥，不用高細度早強水泥骨料遮陰堆放冷卻新拌混凝土21溫度控制對防裂的重要性212222裂縫和鋼筋銹蝕橫向裂縫不會導致鋼筋連續(xù)銹蝕，裂寬大小影響不大縱向裂縫（順筋開裂）有嚴重危害防止鋼筋銹蝕主要依靠混凝土抗?jié)B性和加大保護層厚度

2323混凝土裂縫控制的設計方面考慮24242525

一、混凝土體積變形引起的拉應力

水化熱降溫收縮

干燥引起的收縮相當于溫降

總收縮26一、混凝土體積變形引起的拉應力26

1、外部約束下構件拉應力

二端固定約束下――――拉應力

當，或，混凝土開裂，如不配筋，斷為二段，約束全部消除

底面連續(xù)約束下――――拉應力

R為約束度，且R

1

當，裂縫首先在中間截面底部出現(xiàn)并向上發(fā)展，約束未全部消除27

1、外部約束下構件拉應力272828將地基看作是半無限的連續(xù)介質，用有限元分析用Sap93有限元程序分析結果：

a)當、及確定后，構件中的應力大小及其分布僅與長高比L/H

有關，而與構件L或H的絕對尺寸大小無關

b)構件所受的約束度隨地基剛度降低而減少

L/H=10的構件

L/H較大的構件，當比值不甚小時，中間截面拉應力接近均布，但當比值甚小時，上部拉應力低于下部愈多。

2929H=6mL/H=10Ef/Ec=1變形圖H=6mL/H=2Ef/Ec=1第一主應力30H=6mH=6m303131ACI方法

王鐵夢方法將地基的作用簡化為水平彈簧，類如Winkler地基方法

構件中的拉應力不僅取決于比值Ｌ/H

，而且尚與Ｌ或H的尺寸大小有關

3232有限元方法與王鐵夢方法比較33有限元方法與王鐵夢方法比較33

2、內部約束下構件拉應力

內部約束下拉應力是在同一時刻下由于構件內部存在不同溫差所引起外部約束下拉應力是由于齡期發(fā)展的溫降所引起某一時刻下由于體積收縮變形引起的拉應力是這二部分的疊加

34

2、內部約束下構件拉應力34

3、彈性分析的缺陷及改進

a)考慮應力松弛，按彈性分析的拉應力可乘以小于1的松弛系數(shù)當用混凝土拉應變值作為開裂判據(jù)時，

系數(shù)S’一般可取1.5～2.0b)考慮不同時間內的參數(shù)變化彈性模量、抗拉強度、極限拉應變、應力松弛都是時間的函數(shù)

溫差Te也隨齡期變化，分每一時間段Δt計算進行疊加

要進行可靠的溫度場和應力場分析，

需要有一個實用的計算機仿真程序35

3、彈性分析的缺陷及改進35

二、防裂混凝土

1、普通混凝土

混凝土的密實性和均勻性是結構防裂與防水的首要保證防水結構和隧道混凝土的強度等級應不低于C35或C40，水灰比不大于0.45抗?jié)B標號對多數(shù)地下工程來說并沒有實際意義混凝土發(fā)生滲漏，往往是施工原因造成的質量不均勻和裂縫選用低水化熱的水泥對地下結構混凝土防裂有重要作用，不同水泥混凝土的裂縫寬度有很大差別36二、防裂混凝土1、普通混凝土33737

a）強度等級：一般應不低于C30或提出雙重控制指標，同時滿足28天強度不低于C25和60天強度標準值不低于30MPab）水灰比：應不高于0.5，最好在0.45左右c）限制最大水泥用量d）礦物摻合料：一般應外摻水泥重量20~30%的粉煤灰；熱天施工的粉煤灰摻量上限可放寬至35%e）提出對粗骨料最大孔隙率限值的要求f）限制使用R型早強水泥，尤其是熱天不應用早強水泥

38382、補償收縮混凝土補償收縮混凝土是一種適度膨脹的混凝土，或稱膨脹混凝土膨脹劑防裂技術的成功應用，必須具有專門的知識和技術許多膨脹劑產品缺乏對其性能和適用性的深入系統(tǒng)研究

要使膨脹劑起作用，混凝土必須處于約束下的限制膨脹和限制收縮狀態(tài)。自由或過大的膨脹將導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生不利影響。

392、補償收縮混凝土39

早期限制膨脹的作用a）使早期混凝土處于受壓或低受拉的應力狀態(tài)，避免早期開裂b）延遲混凝土的收縮時間，此時的抗拉能力有較大增長

一般認為，應用補償收縮混凝土時，應導入0.3～0.7MPa的初始膨脹壓應力。但是計算方法的適用性尚缺乏充分驗證，實際應用時存在的問題：

a）實際結構的限制膨脹程度難以用標準小試件的配筋率模擬

b）尺寸影響不清，實際結構構件與泡水標準小試件的膨脹不同

c）溫度影響不清。水化熱加速膨脹劑的水化，早期膨脹將消耗在無效的塑性和徐變變形下，嚴重削弱膨脹劑的效果。不同的膨脹劑對于溫度、養(yǎng)護條件、水泥品種、減水劑、摻合料品種的適應性均有所不同。40早期限制膨脹的作用40高溫60～70℃下可能不膨脹UEA膨脹混凝土養(yǎng)護時需有充分的水補給，早期干燥缺水，反而加速開裂，復合膨脹劑水化所需的水分只及UEA的1/2摻入粉煤灰有可能減少限制膨脹率膨脹劑會使坍落度經時損失明顯增加緩凝劑會降低限制膨脹率并增加限制收縮值減水劑能加快鈣礬石生成，因而降低限制膨脹率有的膨脹劑含堿量較大。膨脹劑拌合不勻，產生過量膨脹，也引起開裂

1）施工單位必須具有應用此類膨脹劑的經驗，有嚴格的工法和操作條例2）施工前必須對所用膨脹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

41413、纖維混凝土

聚丙烯纖維

423、纖維混凝土42

三、防裂混凝土

施工縫

控制縫變形縫－－伸縮縫、抗震縫和沉降縫后澆帶43三、防裂混凝土431、施工縫

施工縫應不損害結構的整體性，置于受力較小部位，構件鋼筋應全部穿過施工縫為確保水密性，宜在施工縫的位置上內埋止水帶精心操作的水平施工縫易達到水密性要求，但豎向施工縫宜設置止水帶

合理規(guī)劃施工縫的位置與施工間隔，應作為防裂的重要手段墻體沿縱向分段澆筑或間隔跳槽澆筑，每段混凝土L/H值均較小，不易開裂，墻體分層澆筑，容易散熱施工縫的縱向間距取決于多種因素，一次澆筑長度一般不宜超過12m

441、施工縫4445452、控制縫

控制縫又稱收縮縫或誘導縫人為造成薄弱連接面或削弱這一部位上的構件截面，控制開裂位置，防止其它部位繼續(xù)發(fā)生無序開裂控制縫二側的鋼筋可以部分（不大于50%）穿過接縫，也可以全部斷開；控制縫處的構件截面厚度縮減，在表面處做出槽溝并用防水材料嵌填密封防水結構的控制縫間距與混凝土的收縮特性、溫差大小、結構所受的約束程度、構件尺寸、配筋率和結構功能要求等多種因素有關，可從幾米到25m，通常與構件配筋率相聯(lián)系

有人主張寧可放大控制縫間距，或者不設控制縫而只有施工縫并增加抗收縮鋼筋的數(shù)量國外一些資料對有水密要求的貯水結構，控制縫間距不超過7～10m462、控制縫4647473、伸縮縫

伸縮縫又稱膨脹縫，允許在縫間發(fā)生伸縮，縫寬一般為20～30mm地下結構在使用期間的溫度變化較小，除非結合抗震或沉降的需要，常無專門為混凝土體積變形而設置膨脹縫的必要

483、伸縮縫4849494、后澆帶

又稱收縮帶，是一種特殊類型的施工縫，近年來廣泛用于取代伸縮縫后澆帶通常寬0.7～1m，后澆帶間距與構件所受的約束程度有關。工程實踐表明，間距為30～50m的后澆帶能起到很好的防裂作用。在二側混凝土澆筑后的2～4周內構筑，國內多要求6周以后504、后澆帶505、無縫混凝土

僅有施工縫而取消控制縫和伸縮縫的大體積混凝土主要采取限制水泥用量、使用低熱水泥、降低澆筑溫度和內外溫差、增加施工縫和后澆帶施工、采取保溫養(yǎng)護使表面溫度緩慢下降、同時進行施工溫度監(jiān)控

6、滑動層和緩沖層

巖石地基上高H=1m和L/H=10的混凝土構件，設置10cm厚砂墊層后，構件受到的最大約束度從0.71降低到0.24

515、無縫混凝土51

四、構造鋼筋

配置構造鋼筋可以控制裂縫寬度并限制其發(fā)展，實質是減少裂縫間距，使裂寬能控制在可接受的范圍內我國習慣采用的控制收縮的配筋率在0.2%左右；美國ACI規(guī)范為0.25%；這種構造配筋率在多數(shù)情況下對地下結構不適用根據(jù)經濟和適用性的折衷考慮，0.4%的配筋率（相應的鋼筋屈服強度標準值為420MPa）可能比較適當控制寬裂縫的最小配筋率

fct——混凝土早期（3天）抗拉強度

fy——鋼筋標準強度

構件厚度大于50cm時，按一側厚度為25cm計算配筋率

52四、構造鋼筋配置構造鋼筋可以控制裂縫寬度并限制其發(fā)展，

五、混凝土施工的溫度控制與潮濕養(yǎng)護

單純依靠現(xiàn)行混凝土結構施工與驗收規(guī)范的要求進行施工，遠不能保證的大型地下工程能夠防止混凝土施工時的開裂。53五、混凝土施工的溫度控制與潮濕養(yǎng)護單純依靠1、溫度控制

設計和施工單位應結合混凝土配比、結構尺寸、環(huán)境氣溫、模板和復蓋層熱學特性以及混凝土攪拌、運輸、澆筑、養(yǎng)護的具體條件，對構件中的混凝土水化熱溫升、降溫過程以及內部溫差進行估計，在溫度計算的基礎上，對溫度應力進行估計，并結合經驗提出具體溫度控制指標。

541、溫度控制54溫度控制指標

a、澆筑溫度在不高的氣溫下，澆筑溫度最好規(guī)定不高于25℃。熱天施工時如需適當放寬限制，也不宜高于32℃，并應同時調整混凝土的配合比，降低混凝土的水泥用量以減少水化熱?；炷翝仓囟扔?，水化反應愈快，釋放熱量愈多，升溫愈高，又進一步加速水化反應。同樣配比混凝土當入模溫度為10℃時，24小時后升到30℃，當入模溫度為20℃時，20小時后升到55℃，即入模溫度相差10℃可使最高溫升差到25℃。

b、最高溫度

混凝土澆筑后的最高溫度一般不超過65℃，最好控制在60℃以下

c、最大溫差混凝土內部和表面的溫差一般不應超過20℃?；炷帘砻鏌o復蓋層時，表面溫度與大氣溫度的差別也不應超過20℃，混凝土表面與養(yǎng)護水溫度不超過15℃。d、降溫速度3-3.5℃/d(建筑工程),1.5℃/d(水壩),大氣中混凝土表面<3℃/h

55溫度控制指標552、養(yǎng)護

養(yǎng)護包括濕度和溫度，實施溫度監(jiān)測可為混凝土的復蓋保溫和拆模時機的選擇提供可靠的依據(jù)。墻體的保濕措施：1）模板外側復蓋保水掛簾2）及早松開模板，并從模板與墻體的縫隙中注水3）采用可保水和注水的特殊模板拆模后的新混凝土表面仍需保持潮濕一段時間，應加復蓋，外界氣溫較低時也需復蓋地下結構外墻和頂板應及早回填；長時間暴露的頂板表面，溫濕度變化大，最容易開裂，需臨時用土復蓋。562、養(yǎng)護56

混凝土抗裂性測試

影響混凝土抗裂性能的因素復雜，傳統(tǒng)的混凝土標準收縮試驗，不能很好反映混凝土的抗裂性能尋求更為直觀的試驗方法，評定某一水泥、外加劑或摻合料對抗裂性能影響干縮開裂性能測試，用環(huán)形試件－－開裂測試環(huán)，或板式試件溫度收縮性能測試，開裂測試架，或板式試件57混凝土抗裂性測試影響混凝土抗裂性能的因素復雜，傳統(tǒng)的混凝水泥環(huán)裝置的模具示意圖58水泥環(huán)裝置的模具示意圖58混凝土平板收縮裝置簡圖59混凝土平板收縮裝置簡圖59開裂測試架開裂測試架試驗得出的典型時程曲線60開裂測試架開裂測試架試驗得出的典型時程曲線60開裂測試架測試結果

混凝土澆筑溫度從25℃減少到12℃，開裂溫度Tc降低15～19℃石英巖骨料配置的混凝土的Tc比石灰?guī)r骨料高6～9℃（骨料膨脹系數(shù)大50％）水灰比從0.4增加到0.7，Tc下降，但大于0.7后又增加粉煤灰使Tc下降，礦渣對防裂不一定有效，硅粉對防裂不利摻加引氣劑有利于防裂，使Tc下降4～5℃早強水泥增加開裂危險，使Tc增加

12小時混凝土抗壓強度宜控制在3～6MPa61開裂測試架測試結果61混凝土的早期裂縫控制621混凝土出現(xiàn)宏觀裂縫（0.05mm以上）是普遍現(xiàn)象多數(shù)情況下無明顯危害，查明原因后可以接受632但開裂又常是：設計有誤、原材料選擇不當、配比不良，施工質量低劣的綜合反映可能隱含抗?jié)B性差、強度不足、材料嚴重不勻、結構有薄弱環(huán)節(jié)或混凝土、鋼筋材料已遭受腐蝕和損傷甚至是面臨破壞的前兆所以，出現(xiàn)裂縫必須尋求原因，采取相應對策643混凝土開裂多發(fā)在早期（施工階段）——原因綜合、多樣后期使用過程中的開裂，許多也源于施工階段——如采用劣質水泥、活性骨料、CaCl2摻合料654

早期裂縫類型硬化前的裂縫——塑性裂縫硬化后的裂縫——收縮裂縫（溫降收縮、干燥收縮、自生收縮）收縮裂縫通常不會對結構的承載能力造成損害引起滲漏和超過允許寬度的收縮裂縫要堵縫修補小于0.15mm裂縫在濕潤環(huán)境下能自愈合但要排除可能隱患，如水泥質量低劣、骨料含泥量過大、拌料工任意加水、養(yǎng)護不良等導致混凝土強度和耐久性不足66早期裂縫類型硬化前的裂縫——塑性裂縫5

后期裂縫類型荷載裂縫干縮裂縫沉降等變形裂縫溫度變化裂縫混凝土腐蝕裂縫和鋼筋銹蝕裂縫

67后期裂縫類型荷載裂縫6687

硬化前的塑性裂縫塑性干縮裂縫塑性沉降裂縫其它塑性裂縫69硬化前的塑性裂縫塑性干縮裂縫8塑性干縮裂縫（新拌混凝土）表面失水（蒸發(fā)﹥泌水）→干縮→開裂蒸發(fā)與大氣相對濕度RH%、大氣濕度t、混凝土澆筑溫度th、風速u有關

為防止開裂，蒸發(fā)速度應小于：1kg/m2·hr（傳統(tǒng)的高水灰比混凝土）0.3－0.5kg/m2·hr（低水灰比混凝土）

70塑性干縮裂縫（新拌混凝土）9

RH↓，t↑，th↑，u↑，蒸發(fā)量增加

水泥用量↑水泥細度↑粉煤灰↑用水量↑緩劑↑塑性干裂可能性增加

風速影響很大，RH=100%，t=4℃，th=27℃，三級風（16km/hr）→蒸發(fā)速度1kg/m2·hr

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10防止塑性開裂措施

混凝土入模后預防外露表面失水盡快用塑料膜覆蓋工作面保持最小降低混凝土的入模溫度噴霧濕潤上方空氣設置遮蔽棚，防止陽光直射澆筑前潤濕模板和底板降低混凝土粉料總量降低用水量外加引氣劑（混凝土含氣量4.5±1.5%）通過抹面、壓光消除早期塑性裂縫

72防止塑性開裂措施11塑性沉降裂縫—骨料下沉引起

73塑性沉降裂縫—骨料下沉引起12其他塑性裂縫

模板松動支架下沉振搗不充分拖動振搗棒

74其他塑性裂縫13

硬化混凝土早期收縮裂縫干燥收縮（失水）溫度收縮（水化熱降溫）自生收縮（主要在低水膠比混凝土）塑性裂縫基礎上擴展的收縮裂縫混凝土不均勻引起的裂縫加水、拖動振搗棒、摻和料分布不勻、振搗不勻低水膠比混凝土的干燥收縮小于高水膠比混凝土，加上自生收縮后則大于高水膠比混凝土75硬化混凝土早期收縮裂縫干燥收縮（失水）14影響混凝土開裂的主要因素

⑴混凝土收縮程度；⑵所受約束程度；⑶混凝土彈性模量；⑷徐變或松弛能力；⑸抗拉變形能力或抗拉強度

76影響混凝土開裂的主要因素15外部約束

內部約束77外部約束

16干縮裂縫控制

配置低收縮混凝土減少拌和水量，減少漿體體積，加大粗骨量的最大粒徑和骨料含量

降低拌料入模溫度，選擇低含堿量水泥，控制骨料含泥量降低混凝土干燥速率，延緩表層水分損失設置構造鋼筋采用補償收縮混凝土，或外摻減縮劑設置伸縮縫和后澆帶施工提高混凝土抗裂能力

78干縮裂縫控制17溫度收縮裂縫控制收縮是以混凝土最初變硬時的長度作為基準這時的混凝土因水化熱而處于高溫或較高的溫度下減少因水化熱和環(huán)境溫度引起的溫升減少混凝土內外溫差控制降溫速度，防止溫度驟然變化選擇熱膨脹系數(shù)低的混凝土限制早期（12或24hr）強度79溫度收縮裂縫控制18干縮的過程很長，早期干縮開裂多由于表面失水過快，在局部約束下引起開裂僅當構件較薄時才引起貫穿裂縫溫度收縮裂縫在外部約束下常引起貫穿裂縫，同時也受內部約束

80198120溫度控制對防裂的重要性混凝土溫度增加，使：拌和用水增加，影響強度的密實性早期強度快速發(fā)展，削弱后期強度和密實性塑性開裂可能性增加溫度收縮開裂可能性增加澆筑溫度愈高，水化速度加快，進一步增加溫升限制散裝水泥溫度，選擇低水化熱水泥，不用高細度早強水泥骨料遮陰堆放冷卻新拌混凝土82溫度控制對防裂的重要性218322裂縫和鋼筋銹蝕橫向裂縫不會導致鋼筋連續(xù)銹蝕，裂寬大小影響不大縱向裂縫（順筋開裂）有嚴重危害防止鋼筋銹蝕主要依靠混凝土抗?jié)B性和加大保護層厚度

8423混凝土裂縫控制的設計方面考慮85248625

一、混凝土體積變形引起的拉應力

水化熱降溫收縮

干燥引起的收縮相當于溫降

總收縮87一、混凝土體積變形引起的拉應力26

1、外部約束下構件拉應力

二端固定約束下――――拉應力

當，或，混凝土開裂，如不配筋，斷為二段，約束全部消除

底面連續(xù)約束下――――拉應力

R為約束度，且R

1

當，裂縫首先在中間截面底部出現(xiàn)并向上發(fā)展，約束未全部消除88

1、外部約束下構件拉應力278928將地基看作是半無限的連續(xù)介質，用有限元分析用Sap93有限元程序分析結果：

a)當、及確定后，構件中的應力大小及其分布僅與長高比L/H

有關，而與構件L或H的絕對尺寸大小無關

b)構件所受的約束度隨地基剛度降低而減少

L/H=10的構件

L/H較大的構件，當比值不甚小時，中間截面拉應力接近均布，但當比值甚小時，上部拉應力低于下部愈多。

9029H=6mL/H=10Ef/Ec=1變形圖H=6mL/H=2Ef/Ec=1第一主應力91H=6mH=6m309231ACI方法

王鐵夢方法將地基的作用簡化為水平彈簧，類如Winkler地基方法

構件中的拉應力不僅取決于比值Ｌ/H

，而且尚與Ｌ或H的尺寸大小有關

9332有限元方法與王鐵夢方法比較94有限元方法與王鐵夢方法比較33

2、內部約束下構件拉應力

內部約束下拉應力是在同一時刻下由于構件內部存在不同溫差所引起外部約束下拉應力是由于齡期發(fā)展的溫降所引起某一時刻下由于體積收縮變形引起的拉應力是這二部分的疊加

95

2、內部約束下構件拉應力34

3、彈性分析的缺陷及改進

a)考慮應力松弛，按彈性分析的拉應力可乘以小于1的松弛系數(shù)當用混凝土拉應變值作為開裂判據(jù)時，

系數(shù)S’一般可取1.5～2.0b)考慮不同時間內的參數(shù)變化彈性模量、抗拉強度、極限拉應變、應力松弛都是時間的函數(shù)

溫差Te也隨齡期變化，分每一時間段Δt計算進行疊加

要進行可靠的溫度場和應力場分析，

需要有一個實用的計算機仿真程序96

3、彈性分析的缺陷及改進35

二、防裂混凝土

1、普通混凝土

混凝土的密實性和均勻性是結構防裂與防水的首要保證防水結構和隧道混凝土的強度等級應不低于C35或C40，水灰比不大于0.45抗?jié)B標號對多數(shù)地下工程來說并沒有實際意義混凝土發(fā)生滲漏，往往是施工原因造成的質量不均勻和裂縫選用低水化熱的水泥對地下結構混凝土防裂有重要作用，不同水泥混凝土的裂縫寬度有很大差別97二、防裂混凝土1、普通混凝土39837

a）強度等級：一般應不低于C30或提出雙重控制指標，同時滿足28天強度不低于C25和60天強度標準值不低于30MPab）水灰比：應不高于0.5，最好在0.45左右c）限制最大水泥用量d）礦物摻合料：一般應外摻水泥重量20~30%的粉煤灰；熱天施工的粉煤灰摻量上限可放寬至35%e）提出對粗骨料最大孔隙率限值的要求f）限制使用R型早強水泥，尤其是熱天不應用早強水泥

99382、補償收縮混凝土補償收縮混凝土是一種適度膨脹的混凝土，或稱膨脹混凝土膨脹劑防裂技術的成功應用，必須具有專門的知識和技術許多膨脹劑產品缺乏對其性能和適用性的深入系統(tǒng)研究

要使膨脹劑起作用，混凝土必須處于約束下的限制膨脹和限制收縮狀態(tài)。自由或過大的膨脹將導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生不利影響。

1002、補償收縮混凝土39

早期限制膨脹的作用a）使早期混凝土處于受壓或低受拉的應力狀態(tài)，避免早期開裂b）延遲混凝土的收縮時間，此時的抗拉能力有較大增長

一般認為，應用補償收縮混凝土時，應導入0.3～0.7MPa的初始膨脹壓應力。但是計算方法的適用性尚缺乏充分驗證，實際應用時存在的問題：

a）實際結構的限制膨脹程度難以用標準小試件的配筋率模擬

b）尺寸影響不清，實際結構構件與泡水標準小試件的膨脹不同

c）溫度影響不清。水化熱加速膨脹劑的水化，早期膨脹將消耗在無效的塑性和徐變變形下，嚴重削弱膨脹劑的效果。不同的膨脹劑對于溫度、養(yǎng)護條件、水泥品種、減水劑、摻合料品種的適應性均有所不同。101早期限制膨脹的作用40高溫60～70℃下可能不膨脹UEA膨脹混凝土養(yǎng)護時需有充分的水補給，早期干燥缺水，反而加速開裂，復合膨脹劑水化所需的水分只及UEA的1/2摻入粉煤灰有可能減少限制膨脹率膨脹劑會使坍落度經時損失明顯增加緩凝劑會降低限制膨脹率并增加限制收縮值減水劑能加快鈣礬石生成，因而降低限制膨脹率有的膨脹劑含堿量較大。膨脹劑拌合不勻，產生過量膨脹，也引起開裂

1）施工單位必須具有應用此類膨脹劑的經驗，有嚴格的工法和操作條例2）施工前必須對所用膨脹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

102413、纖維混凝土

聚丙烯纖維

1033、纖維混凝土42

三、防裂混凝土

施工縫

控制縫變形縫－－伸縮縫、抗震縫和沉降縫后澆帶104三、防裂混凝土431、施工縫

施工縫應不損害結構的整體性，置于受力較小部位，構件鋼筋應全部穿過施工縫為確保水密性，宜在施工縫的位置上內埋止水帶精心操作的水平施工縫易達到水密性要求，但豎向施工縫宜設置止水帶

合理規(guī)劃施工縫的位置與施工間隔，應作為防裂的重要手段墻體沿縱向分段澆筑或間隔跳槽澆筑，每段混凝土L/H值均較小，不易開裂，墻體分層澆筑，容易散熱施工縫的縱向間距取決于多種因素，一次澆筑長度一般不宜超過12m

1051、施工縫44106452、控制縫

控制縫又稱收縮縫或誘導縫人為造成薄弱連接面或削弱這一部位上的構件截面，控制開裂位置，防止其它部位繼續(xù)發(fā)生無序開裂控制縫二側的鋼筋可以部分（不大于50%）穿過接縫，也可以全部斷開；控制縫處的構件截面厚度縮減，在表面處做出槽溝并用防水材料嵌填密封防水結構的控制縫間距與混凝土的收縮特性、溫差大小、結構所受的約束程度、構件尺寸、配筋率和結構功能要求等多種因素有關，可從幾米到25m，通常與構件配筋率相聯(lián)系

有人主張寧可放大控制縫間距，或者不設控制縫而只有施工縫并增加抗收縮鋼筋的數(shù)量國外一些資料對有水密要求的貯水結構，控制縫間距不超過7～10m1072、控制縫46108473、伸縮縫

伸縮縫又稱膨脹縫，允許在縫間發(fā)生伸縮，縫寬一般為20～30mm地下結構在使用期間的溫度變化較小，除非結合抗震或沉降的需要，常無專門為混凝土體積變形而設置膨脹縫的必要

1093、伸縮縫48110494、后澆帶

又稱收縮帶，是一種特殊類型的施工縫，近年來廣泛用于取代伸縮縫后澆帶通常寬0.7～1m，后澆帶間距與構件所受的約束程度有關。工程實踐表明，間距為30～50m的后澆帶能起到很好的防裂作用。在二側混凝土澆筑后的2～4周內構筑，國內多要求6周以后1114、后澆帶505、無縫混凝土

僅有施工縫而取消控制縫和伸縮縫的大體積混凝土主要采取限制水泥用量、使用低熱水泥、降低澆筑溫度和內外溫差、增加施工縫和后澆帶施工、采取保溫養(yǎng)護使表面溫度緩慢下降、同時進行施工溫度監(jiān)控

6、滑動層和緩沖層

巖石地基上高H=1m和L/H=10的混凝土構件，設置10cm厚砂墊層后，構件受到的最大約束度從0.71降低到0.24

1125、無縫混凝土51

四、構造鋼筋

配置構造鋼筋可以控制裂縫寬度并限制其發(fā)展，實質是減少裂縫間距，使裂寬能控制在可接受的范圍內我國習慣采用的控制收縮的配筋率在0.2%左右；美國ACI規(guī)范為0.25%；這種構造配筋率在多數(shù)情況下對地下結構不適用根據(jù)經濟和適用性的折衷考慮，0.4%的配筋率（相應的鋼筋屈服強度標準值為420MPa）可能比較適當控制寬裂縫的最小配筋率

fct——混凝土早期（3天）抗拉強度