預(yù)拌混凝土裂縫預(yù)防與處理

1、預(yù)拌混凝土裂縫防治楊長(zhǎng)輝重慶大學(xué)材料學(xué)院重慶大學(xué)建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心1一、預(yù)拌混凝土的開(kāi)裂問(wèn)題2裂縫的概念裂縫是固體的一種不連續(xù)現(xiàn)象。裂縫在一定程度上是一種人們可以接受的材料屬性。通常所稱裂縫是指寬度大于的可見(jiàn)裂縫，無(wú)縫是相對(duì)的。混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)縫是指沒(méi)有可見(jiàn)裂縫，但其中的微裂紋仍然存在，甚至大量存在。3裂縫對(duì)混凝土工程的影響影響結(jié)構(gòu)的撓度，特別是大跨度結(jié)構(gòu)；損害結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，降低結(jié)構(gòu)承載能力；影響結(jié)構(gòu)的使用功能，如引起滲漏等；影響工程外觀質(zhì)量；為環(huán)境中侵蝕介質(zhì)向混凝土結(jié)構(gòu)提供通道，加速混凝土的碳化、鋼筋銹蝕和中酸堿腐蝕等，降低結(jié)構(gòu)耐久性。4預(yù)拌混凝土開(kāi)裂問(wèn)題預(yù)拌混凝土開(kāi)裂問(wèn)題普遍存在；裂縫發(fā)生的

2、時(shí)間相對(duì)較早；非結(jié)構(gòu)性裂縫占絕大多數(shù)，主要由混凝土變形引起，但往往是多因素綜合作用的結(jié)果；影響因素復(fù)雜，包括設(shè)計(jì)、材料、施工及施工環(huán)境條件，引起的質(zhì)量問(wèn)題糾紛繁多，準(zhǔn)確界定責(zé)任困難；解決預(yù)拌混凝土開(kāi)裂問(wèn)題是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要研究、檢測(cè)、完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程、優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)合施工環(huán)境條件精心組織施工、優(yōu)選原材料并優(yōu)化配合比、加強(qiáng)施工監(jiān)理和監(jiān)督等整體推進(jìn)。5混凝土嚴(yán)重開(kāi)裂畫面6預(yù)拌混凝土開(kāi)裂原因分析（1） 來(lái)自水泥品質(zhì)方面原因： 細(xì)度：5%8%1%3% 堿含量：低、中中、高；多數(shù)地區(qū) 平均值達(dá)0.9%NaOequiv.以上； 強(qiáng)度發(fā)展：普通型早強(qiáng)型； 混合材種類：?jiǎn)我欢嘣?混合材摻量：低高。

3、 同等條件下提高混凝土的收縮7預(yù)拌混凝土開(kāi)裂原因分析（2） 來(lái)自混凝土組成的原因： 膠集比提高 水膠比降低 引氣型外加劑應(yīng)用 砂率提高 粗集料用量和最大粒徑降低 混凝土收縮提高8預(yù)拌混凝土開(kāi)裂原因分析（3）混凝土強(qiáng)度等級(jí)不斷提高；C30C80/C100；超細(xì)礦物摻合料應(yīng)用，如硅灰、超細(xì)礦渣粉等；施工不規(guī)范（一次澆筑高度、欠/過(guò)振、覆蓋不及時(shí)、養(yǎng)護(hù)不及時(shí)/時(shí)間過(guò)短、支撐體系變形過(guò)大、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)序加水等）；設(shè)計(jì)欠合理（缺少必要的構(gòu)造措施如施工縫設(shè)置、防裂筋間距/位置欠合理等）；施工工期要求高?；炷潦湛s增大9二、混凝土變形10混凝土自收縮概念 一個(gè)密閉、恒溫的膠凝材料體系在無(wú)外荷載作用下，由于內(nèi)部相對(duì)

4、濕度減小而引起的宏觀體積收縮，稱為自干燥收縮（簡(jiǎn)稱自收縮）。其占混凝土總收縮的比例隨水膠比降低和混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。11混凝土自收縮發(fā)展水平（1）混凝土自收縮隨齡期的變化12混凝土自收縮發(fā)展水平（2）混凝土自收縮隨溫度的變化曲線13混凝土化學(xué)減縮機(jī)理 早期化學(xué)收縮可分為溶解收縮和水化收縮，宏觀上反映水泥體系體積減小。 溶解如：C3S(+H2O)Ca2+,OH-,H2SiO42-， (體積減少0.32ml/g) Na2O，K2O（H2O）Na+,K+,OH-， (體積減少0.43ml/g) 水化如：C3S2HCSH2， (體積減少0.10ml/g) C3A3CSH2+26H2OC6AS

5、3H32 (體積減少0.24ml/g) 在飽和水泥分散體系中，水泥溶解和水化所產(chǎn)生的體積變化（V/Vc）可按下式進(jìn)行計(jì)算： V/VcCcPcW/C+Vch/Vc （2） 式中，V水泥溶解和水化產(chǎn)生的絕對(duì)體積減少；Vc水泥原始體積；Cc飽和時(shí)的水泥濃度；Pc水泥密度；W/C水灰比；Vch水泥水化后的體積。 式（2）右邊第一部分為水泥溶解所產(chǎn)生的體積變化，其大小與水灰比（W/C）成線性關(guān)系；第二部分為水泥水化體積變化，與水灰比有關(guān)。 Belzung和Wittman實(shí)驗(yàn)研究顯示，1升料漿，水灰比為3，水泥的早期化學(xué)收縮（溶解收縮和水化收縮）值為，并且早期化學(xué)收縮在很短的時(shí)間（小時(shí)左右）內(nèi)即達(dá)到了相對(duì)

6、較大值，之后，在整個(gè)誘導(dǎo)期內(nèi)（約5-6小時(shí)），只有較小的發(fā)展。 14水泥熟料礦物化學(xué)收縮水泥熟料礦物化學(xué)收縮隨齡期的變化變化15混凝土塑性沉降收縮 在干燥前，新拌混凝土粒子間充滿水分，澆注后，固體粒子沉降，水分上升（泌水），形成一層表面水。水泥凈漿浮至混凝土表面產(chǎn)生外分層；水泥漿浮至粗集料下方，產(chǎn)生內(nèi)分層。如果沉降均勻發(fā)展就不會(huì)產(chǎn)生裂縫。 塑性沉降和毛細(xì)管壓力產(chǎn)生的收縮都發(fā)生在混凝土拌合物凝結(jié)硬化前（塑性階段）的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，有時(shí)沒(méi)有明顯區(qū)別，交織在一起?？梢哉J(rèn)為塑性沉降引起的收縮是塑性收縮的一部分。 16混凝土塑性收縮 1942年Swayze定義塑性收縮為“水泥漿體積收縮（收縮值的大小是干水泥

7、絕對(duì)體積的1）”。 目前ACI將其定義為“發(fā)生在水泥漿、砂漿、灰漿或混凝土凝結(jié)前的收縮”。 Wittman認(rèn)為塑性收縮機(jī)理是由于水分蒸發(fā)使得新拌混凝土表面變干時(shí)，在靠近表面的粒子（水泥和集料）之間的水中將形成復(fù)雜的毛細(xì)管彎月面體系，隨著水分的喪失，毛細(xì)管水負(fù)壓得以發(fā)展，從而產(chǎn)生塑性收縮。同時(shí)，他也用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了塑性收縮與毛細(xì)管壓力存在直接的比例關(guān)系。 17混凝土塑性收縮與毛細(xì)管壓力的發(fā)展 塑性收縮、毛細(xì)管壓力與時(shí)間的關(guān)系 塑性收縮與毛細(xì)管壓力的關(guān)系18混凝土干燥收縮 由于混凝土內(nèi)容水份喪失引起混凝土體積減小。普通混凝土的干燥收縮一般在20060010-6。發(fā)展速率與環(huán)境溫、濕度有關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件

8、下，至180天齡期趨于緩慢增長(zhǎng)。19混凝土干燥收縮與環(huán)境濕度的關(guān)系混凝土干燥收縮隨環(huán)境相對(duì)濕度的變化曲線20混凝土干燥收縮發(fā)展21混凝土徐變變形 混凝土在持續(xù)荷載作用下，因凝膠的粘性流動(dòng)引起的變形。與荷載水平、環(huán)境條件、膠凝材料的種類和用量等多種因素有關(guān)。對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的撓度控捉制和預(yù)應(yīng)力損失密切相關(guān)。22混凝土的熱變形因溫度變化引起的變形。含因水化熱引起的變形。23三、混凝土收縮的控制24混凝土的干燥過(guò)程25混凝土干燥收縮預(yù)測(cè)模式Almudaiheen和Hansent（HA式）： 式中：Ns為達(dá)到一半最終收縮時(shí)的時(shí)間，d。Almudaiheen和Hansent得出Ns與體積/表面積（

9、V/S）比有如下關(guān)系： 當(dāng)時(shí)， Ns=0.33exp(0.522V/S) 當(dāng)時(shí)， Ns=13.28exp(0.030V/S) 然而對(duì)于上述AH式，Bazant12認(rèn)為不符合擴(kuò)散理論13，不能很好地解釋尺寸效應(yīng)的影響。之后，Almudaiheen和Hansent14又提出用下式預(yù)測(cè)干燥收縮： N為達(dá)到一半最終收縮時(shí)的時(shí)間，d。N與平均干燥徑跡長(zhǎng)度Ld（單位為mm）存在如下關(guān)系， 當(dāng)沿表面測(cè)試收縮時(shí)， N=16.6exp(0.045Ld) 當(dāng)沿矩心中軸測(cè)試收縮時(shí)，N=20.1exp(0.063Ld) 26集料含量和水灰比對(duì)混凝土收縮的影響混凝土收縮隨水膠比提高而增大，隨膠比提高而降低27集料種類對(duì)

10、混凝土收縮的影響爍石花崗石石灰石石英石28空氣速度對(duì)混凝土早期收縮的影響圖3.1 不同環(huán)境條件下高強(qiáng)和普通混凝土早期收縮隨時(shí)間的變化曲線 風(fēng)速提高混凝土收縮增大高強(qiáng)混凝土的收縮大于普通混凝土29砂率對(duì)混凝土早期收縮的影響圖3.20 不同砂率條件下混凝土24h收縮的變化曲線風(fēng)速較大時(shí)，混凝土收縮隨砂率提高呈增大趨勢(shì)30膠結(jié)材用量對(duì)砼開(kāi)裂面積的影響膠結(jié)材用量提高砼開(kāi)裂面積和最大裂縫寬度呈增大趨勢(shì)31膠結(jié)材總量對(duì)混凝土早期開(kāi)裂的影響32粉煤灰摻量對(duì)混凝土早期裂縫面積的影響FA摻量在40%以內(nèi)對(duì)降低混凝土收縮有利33礦渣粉摻量對(duì)砼早期裂縫的影響礦渣粉摻量低于20%對(duì)降低砼早期裂縫面積有利34硅灰對(duì)砼早

11、期裂縫的影響35硅灰對(duì)砼早期收縮的影響混凝土早期收縮隨硅灰摻量提高呈增長(zhǎng)趨勢(shì)36保濕和二次抹面對(duì)砼早期裂縫的影響保濕和二次抹面對(duì)降低混凝土早期開(kāi)裂有明顯效果37低彈模纖維混凝土裂縫面積隨纖維摻量提高和纖維長(zhǎng)度增長(zhǎng)而顯著降低38纖維對(duì)混凝土水分蒸發(fā)速率的影響混凝土水份蒸發(fā)速率隨纖維摻量提高呈緩慢降低趨勢(shì)39高彈模纖維混凝土40減縮劑的作用降低表面張力41減縮劑的作用降低質(zhì)量損失42減縮劑的作用降低總收縮43減縮劑的作用降低干燥收縮44減縮劑的作用降低干燥深度45膨脹劑對(duì)混凝土早期收縮的影響略46四、預(yù)拌混凝土防裂技術(shù)措施47設(shè)計(jì)措施設(shè)置必要的防裂網(wǎng)、筋；合理設(shè)置后澆帶、伸縮縫的距離；確定適當(dāng)配筋

12、率，鋼筋間距.。其中，板筋、剪力墻、擋土墻、后張預(yù)應(yīng)力箱梁等應(yīng)分別對(duì)待。結(jié)構(gòu)類別室內(nèi)/土壤露天排架結(jié)構(gòu)裝配式10070框架結(jié)構(gòu)裝配式7550現(xiàn)澆式5535剪力墻裝配式6540現(xiàn)澆式4530擋土墻、地下室墻等結(jié)構(gòu)裝配式4030現(xiàn)澆式3020鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距（m)48施工措施合理振搗；及時(shí)保濕、精心養(yǎng)護(hù)；確定適當(dāng)脫模時(shí)間；控制一次澆筑高度；加強(qiáng)二次碾壓、抹面；控制混凝土入模溫度；加強(qiáng)混凝土溫度及內(nèi)外溫差監(jiān)控；有效控制混凝土入模坍落度；適度確定澆筑強(qiáng)度。49預(yù)拌混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制優(yōu)化混凝土配制參數(shù)（膠結(jié)料總量、膠集比、水膠比、砂率、礦物摻合料和外加劑摻量等）；優(yōu)選水泥、礦物摻合料、外加劑

13、種類；采用補(bǔ)償收縮技術(shù)；使用亂向短纖維；使用混凝土減縮劑；有效控制混凝土坍落度等。50五、混凝土裂縫處理51現(xiàn)行規(guī)范對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制（GB50010）環(huán)境類別鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制等級(jí)最大裂縫寬度限值（mm）裂縫控制等級(jí)最大裂縫寬度限值（mm）一三0.3(0.4)三0.2二三0.2二-三三0.2一-注（1）裂縫控制等級(jí)劃分：一級(jí)嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫；二級(jí)一般要求不出現(xiàn)裂縫； 三級(jí)允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。 （2）環(huán)境類別劃分：一類室內(nèi)正常環(huán)境； 二類（a）室內(nèi)潮濕環(huán)境；非嚴(yán)寒或非寒冷露天、與 無(wú)侵蝕性水或土壤接觸的環(huán)境； 二類(b)嚴(yán)寒/寒冷地區(qū)露天、與無(wú)侵蝕性水或土壤接觸的環(huán)境

14、； 三類使用除冰鹽、嚴(yán)寒/寒冷地區(qū)冬季水位變化、海濱室外； 四類海水環(huán)境； 五類受人為或自然侵蝕物影響的環(huán)境。52混凝土結(jié)構(gòu)裂縫處理基本程序檢測(cè)、檢查裂縫的分布、深度/寬度；分析裂縫的危害；選擇處理方法和材料；施工；檢查驗(yàn)收。53結(jié)構(gòu)性裂縫的處理 根據(jù)結(jié)構(gòu)型式和使用要求，采取提高結(jié)構(gòu)承載能力的加固措施。具體包括：（1）粘鋼（2）包鋼（3）粘貼碳纖維布（4）增大結(jié)構(gòu)截面（5）改變結(jié)構(gòu)受力體系（6）結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力54混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)表面涂抹法 該法適用于修補(bǔ)穩(wěn)定裂縫，可根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用要求選擇涂抹用的材料，材料必須具有密封性、不透水性和耐候性，其變形性能應(yīng)與被修補(bǔ)的混凝土性能相近。常用的表面修補(bǔ)材

15、料有環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸橡膠。較大的裂縫可以用水泥砂漿、防水快凝砂漿涂抹。 圖8.4-3 表面涂抹法55混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)表面貼補(bǔ)法用膠粘劑把橡皮或其它止水材料貼在裂縫部位的混凝土面上，達(dá)到密封裂縫、防止?jié)B漏的目的。止水材料有橡皮、氯丁膠皮、塑料帶、紫銅片、高分子土工防水材料等。56混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)填充法（嵌縫法） 一般用于修補(bǔ)水平面上較寬的裂縫（）。根據(jù)裂縫的情況，可直接向縫內(nèi)灌入不同粘度的樹(shù)脂。寬度小于的裂縫則應(yīng)開(kāi)成V型或U型槽（圖），洗去浮灰，先涂上一層界面處理劑或低粘度的樹(shù)脂，以增加其填充料與混凝土的粘結(jié)力。圖8.4-4 開(kāi)槽填充法57混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)縫合法（錨固法） 以鋼筋栓沿混凝土裂縫隔一定距離將裂縫錨緊的修補(bǔ)方法（圖），多用于混凝土及鋼筋混凝土的補(bǔ)強(qiáng)加固，以恢復(fù)結(jié)構(gòu)承載力為目的的修補(bǔ)工程，同時(shí)，可鎖住活縫，使建筑物不再出現(xiàn)新的破壞。圖8.4-5 縫合法示意圖58混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)預(yù)應(yīng)力錨固法 此法為混凝土結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)加固法。沿與裂縫相垂直的方向配置以