混凝土早期裂縫問題

混凝土早期裂縫問題1第1頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月目前混凝土工程耐久性現(xiàn)狀土木工程中的新挑戰(zhàn)2第2頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月土木工程中的經(jīng)濟問題

2000年土建領(lǐng)域

中的總投資新建工程費用維修費用1/21/2新設(shè)計策略及方法耐久的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)3第3頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月耐久性——影響混凝土的使用壽命、安全性、使

用領(lǐng)域、使用效果、經(jīng)濟性、設(shè)計理

論、設(shè)計規(guī)范…

混凝土耐久性——與國民經(jīng)濟、社會安定、環(huán)境

質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展等密切相關(guān)。

耐久性——混凝土材料科學的重大研究課題。4第4頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月國家“九五”“十五”科技攻關(guān)項目重點工程混凝土安全性的研究新型高性能混凝土耐久性的研究的應用批準部委：國家計委、國家科技部組織部門：中國建材院承擔單位：中國建材研院、中國水利水電科學研究院、南京化工大學、武漢理工大學、北京科技大學、中國建研院、同濟大學、蘇州混凝土水泥制品研究院、清華大學等

第5頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月

針對影響混凝土耐久性問題進行了全面系統(tǒng)的研究：

▲混凝土抗堿-集料反應性研究堿-集料反應判定方法、我國部分地區(qū)堿-集料分布圖、抑制堿-集料反應材料

▲混凝土耐久性的研究混凝土抗凍性、鋼筋銹蝕、耐化學腐蝕、裂縫檢測與修補

▲高性能混凝土與混凝土安全性專家系統(tǒng)新型膠凝材料、高性能混凝土、混凝土安全性專家系統(tǒng)6第6頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月混凝土裂縫分類、原因7第7頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月

混凝土開裂的一般原因◆裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)最為常見的缺陷◆通常所說的裂縫是指寬度在0.03～0.05mm以上的宏觀裂縫。◆混凝土裂縫的出現(xiàn)通常是由于混凝土發(fā)生體積變化時受到約束，或者是由于荷載作用，在混凝土內(nèi)引起過大的拉應力（或拉變形）而引起的。8第8頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月多數(shù)情況下，混凝土出現(xiàn)可見的宏觀裂縫只是損害結(jié)構(gòu)的外觀。但是混凝土開裂總是設(shè)計、施工或原材料選用不當產(chǎn)生的，有時還反映了結(jié)構(gòu)存在嚴重的薄弱環(huán)節(jié)，或者混凝土材料已經(jīng)遭受腐蝕和重大損傷，甚至成為結(jié)構(gòu)面臨破壞的前兆。所以一旦出現(xiàn)裂縫，就要分析其原因并采取適當?shù)难a救措施。9第9頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月◆拉應力是產(chǎn)生裂縫的必要條件◆

除荷載作用外，結(jié)構(gòu)的不均勻沉降、收縮、溫度變化等都會引起拉應力◆結(jié)構(gòu)中主拉應力達到混凝土（當時）的抗拉強度時，并不立即產(chǎn)生裂縫，而是當拉應變達到極限拉應變εtu時才出現(xiàn)裂縫◆硬化后的混凝土極限拉應變εtu

約為150×10-6，即10m長的構(gòu)件，產(chǎn)生1.5mm的很小受拉變形即會產(chǎn)生裂縫?！粲捎诨炷敛牧系牟痪鶆蛐裕芽p首先在強度最小的位置發(fā)生。裂縫發(fā)生前瞬間的應變分布會產(chǎn)生應變集中?！舨煌g期的混凝土，其裂縫斷面狀況有較大差別。10第10頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月裂縫斷面較為光滑，兩裂縫不能完全閉合裂縫斷面則呈不規(guī)則較為鋒銳狀態(tài)，兩斷面可以閉合11第11頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月裂縫的分類◆按裂縫產(chǎn)生的時間一般可分為施工階段裂縫和使用階段裂縫◆根據(jù)裂縫的形態(tài)來劃分；橫向裂縫、斜裂縫、X形裂縫、縱向裂縫、八字形裂縫、網(wǎng)狀裂縫、云彩狀裂縫、鼓脹裂縫。

◆根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因來劃分12第12頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月變形裂縫和荷載裂縫80%的裂縫是屬于由變形（溫度、收縮、不均勻沉降）引起的；包括變形和荷載同時作用且以變形為主引起的裂縫；20%的裂縫是屬于荷載引起的，包括變形和荷載共同作用且以荷載為主引起的裂縫；前者并不是所有的裂縫都會對結(jié)構(gòu)的安全造成嚴重的影響:比如混凝土梁的受拉區(qū)在設(shè)計的過程中就是考慮梁在使用過程中帶裂縫工作，如果一根梁在工作階段，完全沒有裂縫，說明梁的配筋十分保守，或者沒有充分發(fā)揮作用；裂縫的存在會給腐蝕介質(zhì)的侵入留下一條通道，對混凝土的耐久性能造成一定程度的影響。13第13頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度裂縫結(jié)構(gòu)在環(huán)境溫度變化或受輻射熱作用下，造成結(jié)構(gòu)溫度各部分的溫度差別，引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力過大而產(chǎn)生裂縫這種裂縫的特點是會隨著溫度的變化而變化，冬季的裂縫寬度會窄一些，夏季的裂縫寬度會大一些?；炷亮荷系臏囟攘芽p表現(xiàn)為橫向受拉細微裂縫。因為混凝土和砌體之間線膨脹系數(shù)不一致，混凝土和磚砌體的溫度線膨脹系數(shù)分別為10×10-6/oC和5×10-6/oC，即在相同的溫差和相同長度下，混凝土的溫度變形是磚砌體的一倍。兩者間的不均勻膨脹（收縮）產(chǎn)生溫度裂縫。14第14頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月因混凝土材料原因產(chǎn)生的裂縫----膠凝材料水化熱水泥用量在300kg/m3左右時，溫度上升為30~40℃左右。15第15頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月在實際結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部因水化熱產(chǎn)生蓄熱的同時，構(gòu)件表面還產(chǎn)生放熱，使得構(gòu)件溫度經(jīng)上升后再下降。16第16頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月構(gòu)件的最小尺寸大于800mm時，通?？烧J為是大體積混凝土對于大體積混凝土，內(nèi)部溫度較大，構(gòu)件外周溫度較低，內(nèi)外溫差很大，引起內(nèi)外混凝土膨脹變形差異。內(nèi)部混凝土膨脹受到外部混凝土的變形約束，而使構(gòu)件表面產(chǎn)生裂縫。17第17頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月因混凝土材料原因產(chǎn)生的裂縫

----堿骨料反應產(chǎn)生的裂縫堿集料反應造成的開裂破壞難以阻止、難以修補，而被稱為混凝土的癌癥。在日本，如果在房屋結(jié)構(gòu)鑒定中遇到這種裂縫，可直接定為危險構(gòu)件d級。堿骨料反應分為堿硅酸反應和堿碳酸鹽反應,目前主要的堿集料反應是指堿硅酸反應。一般認為：對于高活性的硅質(zhì)集料（如蛋白石），混凝土堿含量大于2.1kg/m3將發(fā)生堿集料反應破壞，對于中等活性的硅質(zhì)集料，混凝土的堿含量大于3kg/m3將發(fā)生堿集料反應破壞。當集料具有堿—碳酸鹽反應活性時，混凝土的堿含量只要大于1.0kg/m3就有可能發(fā)生堿集料反應。18第18頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月骨料引起的裂縫方面堿骨料反應引起的裂縫骨料中含有MgO引起的裂縫19第19頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫開裂銹蝕膨脹20第20頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月使鋼筋產(chǎn)生銹蝕的原因有：骨料中含氯化鹽；外部進入氯化鹽；混凝土碳化；保護層不足；過大的裂縫寬度。鋼筋銹蝕產(chǎn)生體積膨脹可達原體積的數(shù)倍，使鋼筋位置處的混凝土受到內(nèi)壓力而產(chǎn)生裂縫，并隨之剝落。這種裂縫沿鋼筋方向發(fā)展，且隨著銹蝕的發(fā)展混凝土剝離產(chǎn)生空隙，這可從敲擊產(chǎn)生的空洞聲得到判別。21第21頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月凍融循環(huán)產(chǎn)生的裂縫22第22頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月青海某鐵路的橋基座吉林某水電站的大壩基礎(chǔ)結(jié)冰凍脹，面板剪裂23第23頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月24第24頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月25第25頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月26第26頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月----塑性沉降裂縫：混凝土澆筑后，在凝結(jié)過程中會產(chǎn)生下沉和泌水，下沉量約為澆筑高度的1%。當下沉受到鋼筋或周圍混凝土的約束也會產(chǎn)生裂縫；----塑性收縮裂縫：混凝土硬化之前產(chǎn)生的收縮；----混凝土的早期收縮開裂：（自收縮、干縮等的組合）。27第27頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強高性能混凝土塑性收縮的研究28第28頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月混凝土塑性收縮裂縫成因在塑性狀態(tài)時混凝土表面失水過快造成的，常發(fā)生在混凝土板或比表面積較大的墻面上，一般長度大約0.2～2m，寬度為1～5mm，從外觀分為無規(guī)則網(wǎng)絡狀和稍有規(guī)則的斜紋狀或反映出混凝土布筋情況和混凝土構(gòu)件截面變化等規(guī)則的形狀。塑性收縮裂縫通常延伸不到混凝土板的邊緣，這一點可做為混凝土早期塑性收縮裂縫與混凝土長期干燥收縮裂縫相區(qū)別的依據(jù)。很難區(qū)別塑性收縮裂縫與塑性沉降裂縫，但如果裂縫的走向與鋼筋布置的形狀和混凝土構(gòu)件的幾何形狀有關(guān)，則可以判定沉降在裂縫的形成過程中起了一定的作用。29第29頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強HPC塑性收縮的板狀開裂試驗裝置影響高強HPC塑性收縮開裂因素的研究（1）養(yǎng)護方法（2）水膠比（3）水泥用量和膠凝材料總量（4）摻合料品種（5）溫度和濕度工程中預防塑性收縮的措施30第30頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強HPC塑性收縮的板狀開裂試驗裝置

試驗模擬混凝土在四邊全約束狀態(tài)下的早期開裂情況。600mm×600mm×63mm的鋼制方形模具。每邊分別裝配11個Ф10×100mm的細鋼柱起約束作用。31第31頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月風速試驗和控制電風扇向混凝土表面吹風。用測速儀控制混凝土表面的風速為2.2m/s32第32頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性收縮裂縫照片33第33頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月板狀開裂裝置底板短鋼柱（φ10×100mm）鋼模混凝土塑料薄膜框架剛度為400×106N/m234第34頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性收縮試驗參數(shù)裂縫的初裂時間（開始出現(xiàn)裂縫的時間）裂縫尺寸（終凝時的最大裂縫寬度和最長裂縫長度）裂縫數(shù)量（終凝時的裂縫總條數(shù)以及長度在5cm以上裂縫的條數(shù)）35第35頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月影響高強HPC塑性收縮開裂因素的研究

(1)養(yǎng)護方法的影響編號原材料/kg/m3混凝土性能水泥摻和料石子砂子水外加劑/%坍落度/cm初凝時間/h:min終凝時間/h:min28d抗壓強度/MPa335015010556451501228:4010:5384.6435015010556451501228:4010:5384.6編號風速/m/s初裂時間/h:min裂縫尺寸裂縫數(shù)量/條裂縫最大寬度/mm裂縫最大長度/cm總數(shù)量32.26:080.216.21540000036第36頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月配合比完全相同的混凝土成型后，3號表面風速為2.2m/s；4號表面用塑料薄膜覆蓋，使風速為0。在24小時的觀察期內(nèi)，4號表面未發(fā)現(xiàn)裂縫的生成和擴展。在表面積比較大的混凝土工程施工時可以采用塑料布封閉養(yǎng)護的方法。37第37頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月影響高強HPC塑性收縮開裂因素的研究

(2)水膠比的影響編號原材料/kg/m3混凝土性能水膠比水泥摻和料石子砂子水外加劑/%坍落度/cm初凝時間/h:min終凝時間/h:min28d抗壓強度/MPa50.28836415610556251501218:2510:2087.360.33641561055620156122.58:5510:4587.0編號初裂時間/h:min裂縫尺寸裂縫數(shù)量/條裂縫最大寬度/mm裂縫最大長度/cm總數(shù)量5cm以上的裂縫54:450.4020221165:080.202417738第38頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月對塑性階段裂縫發(fā)展的觀察發(fā)現(xiàn)，較低的水灰比下，混凝土中最初出現(xiàn)裂縫的時間也稍微提前，裂縫最大寬度增加，長度5cm以上的裂縫變多，總數(shù)量較多。即降低水膠比，增加了塑性收縮開裂的可能性。39第39頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月影響高強HPC塑性收縮開裂因素的研究

(3)水泥用量和膠凝材料總量的影響編號原材料/kg/m3混凝土性能膠材水泥摻和料石子砂子水外加劑/%坍落度/cm初凝時間/h:min終凝時間/h:min28d抗壓強度/MPa750035015010556451501229:1011:1581.985203641561055620156122.58:5510:4587.0編號初裂時間/h:min裂縫尺寸裂縫數(shù)量/條裂縫最大寬度/mm裂縫最大長度/cm總數(shù)量5cm以上的裂縫75:180.202514585:080.202417740第40頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)果表明，增加膠凝材料用量，塑性裂縫的總數(shù)量增加，長度5cm以上的裂縫數(shù)量也有所增加。41第41頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月影響高強HPC塑性收縮開裂因素的研究

(4)摻合料品種的影響編號原材料/kg/m3混凝土性能水泥摻和料石子砂子水外加劑/%坍落度/cm初凝時間/h:min終凝時間/h:min28d抗壓強度/MPa9350150FA華能I級1055645150122.011:1415:0264.010350150slag武鋼4001055645150122.08:0011:1778.111350150slag武鋼6001055645150122.58:0510:4879.8編號初裂時間/h:min裂縫尺寸裂縫總數(shù)量/條裂縫最大寬度/mm裂縫最大長度/cm99:570.055.01107:500.0810.48115:100.3013.32042第42頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月編號原材料/kg/m3混凝土性能水泥摻和料石子砂子水外加劑/%坍落度/cm初凝時間/h:min終凝時間/h:min28d抗壓強度/MPa礦渣硅灰12350150slag400—10556451501246:458:3578.113350150slag800—10556451501245:236:5087.414350150slag4005010556451561245:286:4880.6編號初裂時間/h:min裂縫尺寸裂縫數(shù)量/條裂縫最大寬度/mm裂縫最大長度/cm總數(shù)量長度5cm以上的裂縫125:150.3025204135:050.4526116144:180.403013943第43頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月華能I級FA能夠明顯減少混凝土（9號）中塑性收縮開裂；600m2/kg礦渣混凝土（11號）的塑性收縮大于400m2/kg礦渣混凝土（10號）的塑性收縮。14號混凝土的表面粗糙，長度在5cm以上的裂縫為9條，這說明摻加硅灰后，混凝土的塑性收縮開裂趨勢增加；13號混凝土中寬而長的裂紋數(shù)量比12號混凝土中的多，5cm以上的6條，這也說明礦渣細度提高，混凝土的塑性收縮開裂增加。44第44頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月影響高強HPC塑性收縮開裂因素的研究

(5)溫度和濕度的影響編號溫度/℃濕度/%初裂時間/h:min裂縫尺寸裂縫總數(shù)量/條裂縫最大寬度/mm裂縫最大長度/cm1020887:500.0810.481222425:150.302520原材料/kg/m3混凝土性能水泥礦渣石子砂子水外加劑/%坍落度/cm初凝時間/h:min終凝時間/h:min28d抗壓強度/MPa350150slag40010556451501246:458:3578.145第45頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月在溫度提高、相對濕度降低后，混凝土的塑性收縮開裂情況有明顯的加重，初裂時間提前、裂縫的寬度加大、裂紋長度增加、裂縫總量增加。工程中如果混凝土澆筑后處在高溫、低濕度的環(huán)境中應該注意預防塑性收縮開裂。46第46頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月

水灰比越小，混凝土表面出現(xiàn)裂縫越早，開裂越嚴重。摻硅灰混凝土比不摻硅灰混凝土更易開裂，且出現(xiàn)的裂縫條數(shù)更多、裂縫寬度增大。優(yōu)質(zhì)粉煤灰對混凝土的早期開裂有一定的抑制作用。47第47頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月工程中預防塑性收縮的措施塑性收縮塑性收縮應力毛細管壓力減少早期毛細管壓力增加表面的抗拉強度48第48頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）減少混凝土表面水的蒸發(fā)速度。尤其在夏季高溫、多風天氣時。（2）盡量避免或減少用硅灰和高細度的礦渣。（3）養(yǎng)護前注意及時進行表面收光，特殊情況下應當進行多次收光。（4）及時養(yǎng)護。盡早進行覆蓋，保濕養(yǎng)護和灑水養(yǎng)護。工程中預防塑性收縮的措施49第49頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月夏季高溫季節(jié)澆注的混凝土路面防裂措施——在進行配合比設(shè)計時，要考慮到夏季混凝土稠度的變化，最好采用緩凝劑，降低各種物料溫度?！M量在每日較低溫度時施工混凝土路面。施工中如遇過大的熱風，可設(shè)立防風墻，以降低吹到混凝土表面的風力，減少水分蒸發(fā)量；增加遮陽設(shè)備，從而防止表面收縮裂縫?！龊灭B(yǎng)生工作。采用塑料薄膜、噴灑養(yǎng)生劑?！M量縮短施工到保溫養(yǎng)生的間歇時間，從拌合到運輸、攤鋪抹面、壓槽、養(yǎng)生等工序要緊密銜接。50第50頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月泵送（商品）混凝土的塑性開裂當環(huán)境溫度高、風速大而且干燥，泵送混凝土的水分揮發(fā)迅速，泌水和毛細管提升水的綜合作用還低于水的揮發(fā)作用時，混凝土表層脫水速度遠大于混凝土內(nèi)層提供水的速度，造成了混凝土面層體積收縮大，若這時混凝土還未產(chǎn)生足夠的強度，則在混凝土表面產(chǎn)生塑性收縮裂縫。商品混凝土因運輸距離長，為防止流動性損失過大，常常加入緩凝劑、保塑劑等，更增加了形成塑性收縮裂縫的可能。因混凝土的坍落度大，對模板的側(cè)向壓力也大，使模板容易發(fā)生變形也會形成塑性裂縫。51第51頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月減少塑性收縮的措施混凝土配合比使用高效減水劑降低混凝土單方用水量，并適當采用偏粗的中砂。加入引氣劑，切斷毛細管可以減少水分的揮發(fā)，而且引氣劑對泵送混凝土工作性的改善也十分有利，是降低混凝土塑性裂縫的有效措施。摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰降低混凝土的泌水和干燥收縮值。在滿足強度條件下，盡可能減少水泥用量，盡可能不用礦渣水泥以利于降低泌水量。52第52頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月改善施工混凝土構(gòu)件的外界條件防止混凝土成型后在烈日下暴曬，加設(shè)臨時遮陽棚或擋風墻，有利于降低混凝土表面的溫度和混凝土表面的風速。在未澆筑混凝土前，對模板進行預濕。施工措施在施工時，盡量縮短澆筑與開始養(yǎng)護的時間差。及時覆蓋塑料薄膜或噴施混凝土養(yǎng)護劑。及時復振。53第53頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強混凝土早期收縮開裂的研究54第54頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強混凝土的研究現(xiàn)狀試驗方法試驗結(jié)果及分析高強混凝土收縮開裂的研究55第55頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強混凝土的研究現(xiàn)狀定義（C50）特點：構(gòu)件截面尺寸、自重、施工進度、使用壽命大跨度、重載、高層、承受惡劣的環(huán)境研究現(xiàn)狀配制技術(shù)、工作性、耐久性體積穩(wěn)定性中的各種收縮性能高強混凝土的研究現(xiàn)狀56第56頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月1。測長法（GBJ82-85）標準中的混凝土干燥收縮試驗方法圓環(huán)同步法：與圓環(huán)試驗同時進行的混凝土自由收縮試驗方法試驗方法57第57頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月位移傳感器底座鋼測頭鋼制臺座滑道混凝土試件非接觸式微位移傳感收縮儀從成型澆注6h（初凝）后開始分別測量各混凝土在完全密封（20±2℃）和成型面置于干燥條件下（20±2℃，濕度50±5%）的收縮情況。58第58頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月早期收縮水灰比越小，混凝土早期自收縮顯著增大。0.280.30.320.360.40.45不同水灰比混凝土早期自收縮

59第59頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月不同水灰比混凝土自收縮占總收縮的比例

可見隨著水灰比的降低，混凝土自收縮占干燥條件下總收縮值的比例明顯增大，3d時各混凝土自收縮占總收縮的比例可達43~58%。60第60頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月表面處于干燥環(huán)境中不同硅灰摻量混凝土的早期收縮處于干燥條件下的硅灰混凝土早期收縮明顯大于基準混凝土。61第61頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)絻?yōu)質(zhì)粉煤灰對混凝土早期自收縮的影響混凝土早期自收縮值隨粉煤灰摻量的增加而降低很多。62第62頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月表面處于干燥環(huán)境中不同粉煤灰摻量混凝土的早期收縮處于干燥條件下的粉煤灰混凝土的早期收縮略低于基準混凝土。63第63頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月試驗方法2。圓環(huán)試驗方法裝置示意圖及真實的圖片試驗方法64第64頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月圓環(huán)法試驗裝置特點：提供的約束較高，且均勻?？芍苯釉u價混凝土的收縮開裂趨勢評價指標：混凝土環(huán)的初裂時間和最大裂紋寬度試驗方法65第65頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月混凝土圓環(huán)的圖片試驗方法66第66頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月混凝土圓環(huán)的圖片試驗方法67第67頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月特點：提供的約束較高，且均勻?？芍苯釉u價混凝土的收縮開裂趨勢評價指標：混凝土環(huán)的初裂時間和最大裂紋寬度混凝土圓環(huán)法的特點68第68頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月目前，對混凝土收縮裂縫的評價大都是建立在手工測定裂縫長度和寬度的基礎(chǔ)上，這種方法存在人員主觀性較強、精度較差、效率較低等缺陷。隨著計算機圖像分析技術(shù)的發(fā)展，它已經(jīng)開始滲入到水泥基材料裂縫的定量評價中。東南大學用Delphi語言自行編制了裂縫處理軟件，其主要用于裂縫的處理和面積計算。69第69頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月圖像分析法內(nèi)容圖像采集：染色法對試樣表面進行預處理，使用數(shù)碼相機采集數(shù)據(jù)。當裂縫信息相對明顯時，可直接用數(shù)碼相機進行圖片拍攝。圖像處理：對非裂縫信息與類裂縫信息進行處理圖像分析：以某些指標（如裂縫面積）來定量評價砂漿（混凝土）的抗裂能力。

70第70頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月非裂縫信息去除后的圖像試驗中的某一局部裂縫二值化操作后的圖像71第71頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月圓環(huán)法和與圓環(huán)同步的自由收縮試驗方法能較好地評價混凝土的收縮性能。結(jié)論:72第72頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強混凝土收縮開裂的研究試驗結(jié)果及分析73第73頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—混凝土配合比試驗結(jié)果及分析高強混凝土與普通混凝土收縮開裂的對比研究74第74頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—圓環(huán)試驗結(jié)果試驗結(jié)果及分析高強混凝土與普通混凝土收縮開裂的對比研究高強混凝土環(huán)的初裂時間早，各齡期最大裂紋寬度大，收縮開裂趨勢明顯大于普通混凝土。75第75頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—收縮試驗結(jié)果標準法圓環(huán)同步法高強混凝土與普通混凝土收縮開裂的對比研究試驗結(jié)果及分析76第76頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—彈性模量（3d）試驗結(jié)果及分析高強混凝土與普通混凝土收縮開裂的對比研究高強混凝土早期彈性模量大于普通混凝土77第77頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月試驗結(jié)果及分析高強混凝土與普通混凝土收縮開裂的對比研究—抗壓強度高強混凝土的早期抗壓強度明顯大于普通混凝土78第78頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—3天齡期開始加荷的徐變試驗結(jié)果試驗結(jié)果及分析高強混凝土與普通混凝土收縮開裂的對比研究比徐變：79第79頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—孔結(jié)構(gòu)分析試驗結(jié)果及分析高強混凝土與普通混凝土收縮開裂的對比研究孔結(jié)構(gòu)統(tǒng)計數(shù)據(jù)80第80頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—小結(jié)高強砼與普通砼相比：早期總收縮大彈性模量高徐變對應力的松弛能力小水灰比低,微結(jié)構(gòu)致密早期收縮開裂趨勢明顯大于普通混凝土收縮開裂影響因素的分析模型試驗結(jié)果及分析高強混凝土與普通混凝土收縮開裂的對比研究81第81頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強混凝土與普通混凝土收縮開裂的對比研究試驗結(jié)果及分析—高強混凝土收縮開裂影響因素的分析模型82第82頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強砼收縮開裂影響因素的研究水膠比礦物摻合料磨細礦渣粉煤灰硅灰試驗結(jié)果及分析83第83頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—圓環(huán)法及其同步的收縮試驗結(jié)果試驗結(jié)果及分析水膠比對高強砼收縮開裂的影響

水膠比低的高強混凝土，總收縮大；混凝土環(huán)的初裂時間早，各齡期最大裂紋寬度大。因此，降低水膠比增大了高強混凝土的收縮開裂趨勢。84第84頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—磨細礦渣對砂漿收縮性能的影響試驗結(jié)果及分析磨細礦渣對高強砼收縮開裂的影響磨細礦渣能明顯降低砂漿的收縮性能85第85頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—比表面積400m2/kg礦渣試驗結(jié)果及分析磨細礦渣對高強砼收縮開裂的影響比表面積400m2/kg的磨細礦渣使高強混凝土的收縮開裂趨勢略有增加。86第86頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—比表面積800m2/kg礦渣試驗結(jié)果及分析磨細礦渣對高強砼收縮開裂的影響比表面積800m2/kg的磨細礦渣使高強混凝土的收縮開裂趨勢明顯增加。87第87頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—磨細礦渣影響小結(jié)試驗結(jié)果及分析磨細礦渣對高強砼收縮開裂的影響與基準混凝土相比，磨細礦渣高強混凝土：早期收縮無明顯的差別早期彈性模量偏高徐變對應力的松弛能力小收縮開裂趨勢大，其中，礦渣的細度愈大，表現(xiàn)愈明顯88第88頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—粉煤灰對砂漿收縮性能的影響試驗結(jié)果及分析粉煤灰對高強砼收縮開裂的影響隨著粉煤灰摻量的增加，砂漿的收縮明顯降低。89第89頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—圓環(huán)試驗及其同步的自由收縮試驗結(jié)果試驗結(jié)果及分析粉煤灰對高強砼收縮開裂的影響粉煤灰明顯降低了高強混凝土的收縮，混凝土環(huán)的初裂時間明顯延遲，各齡期最大裂紋寬度小于基準混凝土。90第90頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—SEM分析試驗結(jié)果及分析粉煤灰對高強砼收縮開裂的影響水泥石（3天）混凝土（3天）91第91頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—孔結(jié)構(gòu)分析試驗結(jié)果及分析粉煤灰對高強砼收縮開裂的影響粉煤灰高強混凝土3天齡期孔結(jié)構(gòu)統(tǒng)計數(shù)據(jù)92第92頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—粉煤灰影響小結(jié)試驗結(jié)果及分析粉煤灰對高強砼收縮開裂的影響與基準高強混凝土相比，粉煤灰高強混凝土：早期總收縮明顯降低彈性模量相當徐變對應力的松弛能力小粉煤灰高強混凝土的收縮開裂趨勢小93第93頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—圓環(huán)試驗及其同步的收縮試驗結(jié)果試驗結(jié)果及分析硅灰對高強砼收縮開裂的影響早期收縮增大，后期收縮有降低的趨勢。初裂時間早，各齡期最大裂紋寬度大。94第94頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—孔結(jié)構(gòu)分析試驗結(jié)果及分析硅灰對高強砼收縮開裂的影響硅灰高強混凝土孔結(jié)構(gòu)統(tǒng)計數(shù)據(jù)95第95頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—硅灰影響小結(jié)試驗結(jié)果及分析硅灰對高強砼收縮開裂的影響與基準高強混凝土相比，硅灰高強混凝土：早期微結(jié)構(gòu)致密早期總收縮大彈性模量高硅灰使高強混凝土的收縮開裂趨勢明顯增加96第96頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月礦物摻合料對高強混凝土收縮開裂的影響各不相同：當以30%的摻量取代水泥時，磨細礦渣增大了高強混凝土的收縮開裂趨勢，且細度越大表現(xiàn)越明顯；粉煤灰降低了高強混凝土的收縮開裂趨勢；硅灰增大了高強混凝土的收縮開裂趨勢。結(jié)論97第97頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強混凝土收縮開裂改善措施的探索試驗結(jié)果及分析膨脹劑硫鋁酸鹽類膨脹劑UEA-H減縮劑烷基聚氧乙烯醚類的非離子表面活性劑纖維：鋼纖維有機合成纖維98第98頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強混凝土收縮開裂的改善措施—膨脹劑的限制膨脹試驗結(jié)果99第99頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—圓環(huán)試驗及其同步的收縮試驗結(jié)果試驗結(jié)果及分析高強混凝土收縮開裂的改善措施膨脹劑對高強混凝土的早期收縮無明顯的影響，延遲了混凝土環(huán)的初裂時間，使各齡期的最大裂紋寬度減小。100第100頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月孔結(jié)構(gòu)統(tǒng)計數(shù)據(jù)—摻加膨脹劑的高強混凝土的孔結(jié)構(gòu)分析高強混凝土收縮開裂的改善措施101第101頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月UEA-H膨脹劑能起到很好的滿足補償收縮效果，有效地降低高強混凝土的收縮開裂趨勢。結(jié)論102第102頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月減縮劑對高強混凝土收縮開裂的改善試驗結(jié)果及分析—減縮劑對水的表面張力的影響減縮劑的作用機理:通過降低毛細孔或凝膠孔中液相的表面張力降低其中的水蒸發(fā)時的附加壓力，從而減小混凝土的自收縮和干燥收縮。103第103頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月—圓環(huán)試驗及其同步的自由收縮試驗試驗結(jié)果及分析減縮劑對高強混凝土收縮開裂的改善減縮劑對高強混凝土的收縮有明顯的降低作用，能有效降低高強混凝土的收縮開裂趨勢。104第104頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月試驗結(jié)果及分析減縮劑對高強混凝土收縮開裂的改善—孔結(jié)構(gòu)分析孔結(jié)構(gòu)統(tǒng)計數(shù)據(jù)105第105頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月減縮劑SRA能顯著減小高強混凝土的收縮，明顯降低高強混凝土的收縮開裂趨勢。結(jié)論：106第106頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強混凝土收縮開裂的改善措施—鋼纖維試驗結(jié)果及分析鋼纖維能有效的阻止混凝土中裂紋的產(chǎn)生和擴展107第107頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)骄郾├w維（3d）（體積摻量0.1%）1d齡期時出現(xiàn)兩條微裂縫基準混凝土（3d）澆注后8h出現(xiàn)裂縫。Dmax=0.8mmDmax=0.05mm108第108頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)綔p縮劑（3d）（總用水量的2.5%）摻碳纖維（3d）（體積摻量0.25%）109第109頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月高強混凝土收縮開裂的改善措施—PP網(wǎng)狀纖維試驗結(jié)果及分析110第110頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月PP(聚丙烯)纖維對混凝土性能的影響111第111頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月一.PP纖維在混凝土中應用的歷史上世紀60年代前期：Goldfein研究用合成纖維作水泥砂漿增強材，發(fā)現(xiàn)尼龍、聚丙烯（PP）與聚乙烯纖維有助于提高砂漿的抗沖擊性。上世紀70年代初：美、英等國開始將PP單絲纖維用于混凝土制品與工程中。d=0.22~0.25mm，Vf=0.5%。上世紀70年代中期：美國成功開發(fā)出聚丙烯膜裂纖維。d>2mm的束狀纖維，分裂后的單絲d=48~62μm，摻量降至0.1%~0.2%。112第112頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月上世紀80年代初：美國通過表面處理技術(shù)開發(fā)成功可均勻分布于混凝土中的單絲PP纖維。d=23~62μm，摻量降至0.05%~0.2%。一般Vf=0.1%。上世紀90年代：美國、加拿大等國已在混凝土工程中廣泛使用加有低摻率PP纖維的預拌混凝土。至2000年美國所用混凝土中合成纖維（PP+尼龍）混凝土占到7%，鋼纖維混凝土只占3%。我國在上世紀90年代中期開始在混凝土工程中使用PP纖維（進口+國產(chǎn)）。113第113頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月二、PP纖維與鋼纖維作混凝土

增強材的特點相似點1、不受波特蘭水泥高堿度水泥產(chǎn)物的侵蝕2、抗拉極限強度：PP纖維——310~900MPa鋼纖維——345~1380MPa3、可三維亂向分布于混凝土基體中差異點1、PP纖維的密度顯著低于鋼纖維：PP纖維——0.91g/cm3鋼纖維——7.8g/cm32、PP纖維的單絲直徑顯著小于鋼纖維：PP纖維——0.025~0.062mm鋼纖維——0.25~0.64mm3、PP纖維的楊氏模量顯著低于鋼纖維：PP纖維——3.5~6GPa鋼纖維——200GPa114第114頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月三、PP纖維在混凝土中的作用機理1、阻裂作用

非連續(xù)纖維在混凝土中主要起阻裂作用，阻裂效應很大程度上取決于纖維的平均間距（S）與單位體積纖維混凝土中纖維的根數(shù)（N）。115第115頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月三、PP纖維在混凝土中的作用機理鋼纖維Vf=1%，PP纖維Vf=0.1%時，計算兩種纖維的S值和N值:

纖維種類纖維密度(g/cm3)纖維直徑(mm)纖維長度(mm)纖維體積率(%)纖維摻量(kg/m3)S值(mm)N值(根/m3)鋼纖維7.80.25251783.18.2×106PP纖維0.910.048190.10.90.92.9×107PP纖維的體積摻率只有鋼纖維的10%（重量摻率的1.1％），而其S值要較鋼纖維小39%，N值則為鋼纖維的3.5倍。因此，PP纖維在混凝土中的阻裂作用優(yōu)于鋼纖維。116第116頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月三、PP纖維在混凝土中的作用機理2、增韌作用三維亂向分布的纖維混凝土的斷裂韌性（Gc）由下式表示：當其它參數(shù)不變時，Gf主要取決于Ef，Ef愈小，則Gf愈大。因此，使用Ef較低的PP纖維作為增強材料時，制得的纖維混凝土有可能獲得較高的Gc。117第117頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月四、PP纖維對混凝土性能的影響1、混凝土拌合物的坍落度表4未摻纖維與摻有聚丙烯單絲纖維的混凝土的坍落度（mm）纖維摻量（kg/m3）纖維體積率（%）初始坍落度經(jīng)lh的坍落度經(jīng)2h的坍落度002202001700.50.0552051951600.70.0772051851551.00.11190165140水泥—397kg/m3,，粉煤灰—79kg/m3,砂—712kg/m3,石—1025kg/m3,水—205kg/m3,減水劑R561—3.44L/m3,減水劑R1100—2.98L/m3。（廣州市住宅建設(shè)發(fā)展有限公司）

在混凝土中加入體積率為0.055%~0.11%的PP纖維后使混凝土的坍落度稍有下降，其下降幅度隨纖維摻量之增加而相應地增大。但混凝土的工作性仍然可滿足泵送與澆注的要求。118第118頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月2、塑性收縮表5未摻纖維與摻纖維的水泥砂漿的裂縫計權(quán)值板別計權(quán)的裂縫寬度A（mm）裂縫長度B(mm)A×B（mm2）A×B的加和值（mm2）對比百分比（%）素砂漿2.0279．4558.81.0228．6228.6977.91000.5381．0190.5摻纖維砂漿（vf=0.05）2.0001.000101.610．40.5203．2101.6摻纖維砂漿（vf=0.1%）2.0001.000000.500板狀試件尺寸為457×305×19mm；砂漿的配比：波特蘭水泥：砂子=1：3.3水灰比=0.55；風扇風速為10~15m/h，試驗室的溫度為21~24℃，相對濕度為22%~23%。經(jīng)3h后將試件轉(zhuǎn)移到室外暴露21h,室外的溫度為10~29℃，相對濕度為22%~23%。（美國Wilrick工程與檢測公司的測定結(jié)果）

當砂漿中含有低摻率（0.05%~0.1%）的PP纖維時，即可顯著減少其塑性收縮裂縫與早期的干縮裂縫。纖維的體積率愈大，效果愈佳。

119第119頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月3、硬化混凝土的性能3.1抗壓強度

表6含低摻率聚丙烯單絲纖維的混凝土的抗壓強度試件編號12345678纖維體積率（％）00.0550.0770.1100.0550.0770.11抗壓強度（MPa）7d36.035.636.636.236.136.535.335.828d49.248.949.949.648.848.148.149.1試件尺寸為15×15×15cm;表中編號為1、2、3、4的試件所用混凝土的配方為：水泥－361kg/m3，粉煤灰－76kg/m3，砂－743kg/m3，石-1025kg/m3，水－195kg/m3，減水劑R561－3.28L/m3，減水劑R1100－2.18L/m3。表中編號為5、6、7、8的試件所用混凝土的配方為：水泥－397kg/m3，粉煤灰－79kg/m3，砂－712kg/m3，石-1025kg/m3，水－205kg/m3，減水劑R561－3.44L/m3，減水劑R1100－2.98L/m3。（廣州市住宅發(fā)展有限公司）國內(nèi)、外的多數(shù)測試結(jié)果也表明，在纖維為低摻率時，聚丙烯單絲纖維與聚丙烯膜裂纖維對混凝土抗壓強度的影響，并無明顯的差異。120第120頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.2抗拉、抗折強度表7PP纖維對砂漿與混凝土抗拉強度以及混凝土抗折強度的影響纖維體積率（％）00.550.1砂漿軸向抗拉強度（MPa）3.243.053.12混凝土劈裂抗拉強度（MPa）3.403.203.10混凝土抗折強度（MPa）4.144.123.94砂漿的灰砂比為1:1,水灰比為0.38。混凝土的配合比為水泥：砂：石：水：減水劑＝１：1.73：4.05：0.4：0.0025。（中國國家建筑材料測試中心）

在水泥基材加入低摻率的PP纖維基材的抗拉、抗折強度均無顯著影響。121第121頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3韌性表8PP纖維對混凝土的增韌效果纖維體積率（％）抗折極限強度（MPa）剩余彎曲強度(MPa)韌性指數(shù)I5I1004.410110.554.200.531.231.310.14.720.741.341.450.24.861.021.371.97（戴建國、黃承逵與趙國藩）PP纖維摻入于混凝土中，剩余彎曲強度、韌性指數(shù)能很好地體現(xiàn)纖維對混凝土的增韌效應，纖維體積率愈大，剩余彎曲強度值也愈大，韌性指數(shù)也相應提高。

122第122頁，課件共130頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4收縮變形PP纖維摻入后，可以有效抑制混凝土的收縮。以90d為例，摻入0.3~