混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫問題

混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫問題第1頁/共56頁混凝土工程質(zhì)量的內(nèi)涵反映實體滿足明確和隱含需要的能力的特性之總合。

明確：工作性和強度隱含：耐久性及其它性能第2頁/共56頁《預(yù)拌混凝土》

規(guī)程中明確表述混凝土的質(zhì)量主要是指：混凝土的強度和拌和物的流動性。混凝土強度是建筑結(jié)構(gòu)的根本保證;

拌和物的工作性是保證施工質(zhì)量的最起碼

的要求。第3頁/共56頁商品泵送混凝土的兩大問題：

1）可泵性問題（pumpability）

2)裂縫問題（cracks）第4頁/共56頁裂縫問題具有普遍性原則與態(tài)度：防、放、抗、補第5頁/共56頁混凝土開裂的基本原理混凝土是一種準脆性材料，抗壓強度高，抗拉強度低，拉壓比在1/7-1/15之間，平均1/10。溫差、收縮等在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時，混凝土即發(fā)生開裂。鋼筋混凝土組合，纖維混凝土組合，聚合物混凝土組合第6頁/共56頁裂縫的分類11、有害裂縫，無害裂縫2、表面裂縫，貫穿裂縫3、網(wǎng)狀，爆裂狀，不規(guī)則短，縱向，橫向，斜向4、穩(wěn)定裂縫，不穩(wěn)定裂縫5、能愈合，不能愈合6、塑性裂縫，硬化裂縫7、荷載裂縫，變形裂縫第7頁/共56頁裂縫分類2荷載裂縫20％與設(shè)計和結(jié)構(gòu)受力有關(guān)變形裂縫80％其中包括：（1）收縮裂縫

化學(xué)收縮，塑性收縮，干燥收縮，溫度收縮，自收縮，碳化收縮（2）沉降裂縫第8頁/共56頁裂縫類型3第9頁/共56頁裂縫成因分析1裂縫類型出現(xiàn)的時間：塑性收縮——開始幾個小時溫度收縮——一天到兩/三個星期干燥收縮——幾周或者甚至幾個月后第10頁/共56頁假想混凝土結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部裂縫塑性沉降主要原因：過度泌水次要原因：早期快速干燥環(huán)境第11頁/共56頁塑性沉降：拌合物由于泌水產(chǎn)生整體沉降，澆筑深度大時靠近頂部的拌合物運動距離更長；沉降受到鋼筋、預(yù)埋件等阻礙，則從表面向下直至其上方產(chǎn)生塑性沉降裂縫。塑性沉降裂縫只存在于有大量泌水和沉降的時期，并對沉降有一定的約束。A：鋼筋上部，深截面B：拱，柱頂C：截面厚度變化處的裂縫，槽和翹曲的板出現(xiàn)的時間：10分鐘～3小時塑性沉降的預(yù)防：有三種方法處理塑性沉降裂縫減少泌水和沉降：摻加纖維、引氣劑減少約束：設(shè)計上改變、增加保護層厚度使用復(fù)振工藝：深截面進行復(fù)振，掌握好復(fù)振時間第12頁/共56頁假想混凝土結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部裂縫塑性收縮路面和板鋼筋混凝土板第13頁/共56頁

塑性收縮：在干燥環(huán)境中混凝土澆注后，向上運動到達頂部的泌出水要逐漸蒸發(fā)。如果泌出水速度低于蒸發(fā)速度，表面混凝土將由于失水，由于干縮在塑性狀態(tài)下開裂。這是由于混凝土表面區(qū)域受約束產(chǎn)生拉應(yīng)變，而這時它的抗拉強度幾乎為0，所以形成塑性收縮裂縫，這種裂縫與塑性沉降裂縫明顯不同，與環(huán)境條件有密切關(guān)系:當混凝土受環(huán)境溫度高、相對濕度小、風大、太陽輻射強烈，以及以上幾種因素的組合作用，更容易出現(xiàn)開裂。

塑性收縮的時間：出現(xiàn)在混凝土成型的幾個小時內(nèi)。一般30分鐘～6小時

出現(xiàn)的位置：最常見出現(xiàn)在平板中，但也可能出現(xiàn)在墻的外露頂面等處。第14頁/共56頁塑性收縮的三種形式：在板邊緣近似45度的對角線裂縫。任意分布的網(wǎng)狀裂縫。沿鋼筋排列或其它物理特征裂縫。鋼筋混凝土樓板下部顯示的塑性收縮裂縫，不是沉降裂縫，板厚度為150mm。第15頁/共56頁防止措施養(yǎng)護：早期養(yǎng)護，參見《商品混凝土》雜志中甘昌成的“完美濕養(yǎng)護”和錢曉倩的“8h養(yǎng)護”。配合比設(shè)計：不能使用緩凝劑（延長低拉應(yīng)變承受時間）考慮使用引氣劑摻入纖維：纖維摻入可在初期增大混凝土拉應(yīng)力。聚丙烯纖維效果好于鋼纖維。

第16頁/共56頁假想混凝土結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部裂縫早期溫度收縮外部約束內(nèi)部約束第17頁/共56頁G：外部約束，厚墻主要原因：水化熱過大次要原因：快速冷卻

H:內(nèi)部約束，厚板主要原因：較大的溫度梯度次要原因：快速冷卻

出現(xiàn)時間：1天到2～3周

大部分情況下，混凝土中心溫度在約7～14d冷卻至環(huán)境溫度，溫度收縮裂縫主要出現(xiàn)在這段時間，最可能出現(xiàn)在內(nèi)部溫度從高峰下降10～20度時形成。幾周或幾月后形成的裂縫不是溫度收縮裂縫。第18頁/共56頁假想混凝土結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部裂縫長期干燥收縮第19頁/共56頁第20頁/共56頁最常見的位置：路面和墻防止措施：減少用水量和增強養(yǎng)護出現(xiàn)的時間：幾周或幾月第21頁/共56頁假想混凝土結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部裂縫龜裂第22頁/共56頁常見位置：表面光潔的混凝土模板背面板

主要原因：不透水模板

過度涂抹，膠凝材料集中或濕度過大次要原因：膠凝材料過多，養(yǎng)護不充分出現(xiàn)時間：1～7d，有時更晚第23頁/共56頁假想混凝土結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部裂縫鋼筋銹蝕堿骨料反應(yīng)第24頁/共56頁鋼筋銹蝕最常見的位置：柱和梁預(yù)應(yīng)力混凝土主要原因：保護層厚度不夠氯離子含量超標出現(xiàn)時間：2年以上堿骨料反應(yīng)常見位置：潮濕部位主要原因：活性骨料和高堿水泥出現(xiàn)時間：5年以上第25頁/共56頁《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制指南》進行了概括，共分為4大類38種原因1）與結(jié)構(gòu)和荷載有關(guān)的6種2）與使用和環(huán)境有關(guān)的7種3）與材料和配比有關(guān)的10種4）與施工有關(guān)的15種裂縫產(chǎn)生的原因分析2第26頁/共56頁原因1：與結(jié)構(gòu)設(shè)計及受力荷載有關(guān)的1、超過設(shè)計荷載范圍2、地震和臺風作用3、構(gòu)件斷面尺寸不足、鋼筋用量不足、布筋不合理4、結(jié)構(gòu)沉降差異5、次應(yīng)力作用（二次應(yīng)力是指由于結(jié)構(gòu)的自身約束或相鄰部件的約束而產(chǎn)生的應(yīng)力.熱應(yīng)力就是二次應(yīng)力）6、對溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力估計不足第27頁/共56頁荷載產(chǎn)生的裂縫補充：產(chǎn)生裂縫的原因第28頁/共56頁原因2、與使用和環(huán)境條件有關(guān)的1、環(huán)境溫度、濕度變化2、結(jié)構(gòu)構(gòu)件各區(qū)域溫度、濕度差異過大3、凍融、凍漲4、鋼筋銹蝕5、火災(zāi)和表面高溫6、酸、堿、鹽侵蝕7、沖擊、振動影響第29頁/共56頁收縮裂縫溫度裂縫補充：產(chǎn)生裂縫的原因第30頁/共56頁原因3與原材料和配合比有關(guān)的1、水泥的非正常凝結(jié)（受潮，溫度過高）2、水泥非正常膨脹（f-CaO,f-MgO,R2O）3、水泥用量高，水化熱高4、摻合料問題（如粉煤灰的含鈣問題）5、集料含泥量與級配問題6、集料堿活性和風化巖石7、混凝土收縮8、混凝土配合比不當9、水泥、外加劑、摻和料的相容性10、其它第31頁/共56頁材料原因水泥異常凝結(jié)引起的裂縫受風化的水泥，其品質(zhì)很不安定。混凝土澆筑后達到一定強度前，在凝結(jié)硬化階段會產(chǎn)生如圖所示的短小的不規(guī)則裂縫。隨著水泥品質(zhì)的改善，這種裂縫目前較少見到。1、水泥方面補充：產(chǎn)生裂縫的原因第32頁/共56頁水泥水化熱水泥用量在300kg/m3左右時，溫度上升為30~40℃左右。補充：產(chǎn)生裂縫的原因第33頁/共56頁骨料方面補充：產(chǎn)生裂縫的原因第34頁/共56頁混凝土下沉和泌水混凝土澆筑后，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。補充：產(chǎn)生裂縫的原因第35頁/共56頁(a)混凝土開裂鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫補充：產(chǎn)生裂縫的原因(b)水、CO2侵入第36頁/共56頁鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫(c)開始銹蝕補充：產(chǎn)生裂縫的原因(d)鋼筋體積膨脹第37頁/共56頁鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫使鋼筋產(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。補充：產(chǎn)生裂縫的原因第38頁/共56頁補充：產(chǎn)生裂縫的原因第39頁/共56頁補充：產(chǎn)生裂縫的原因第40頁/共56頁碳化引起的銹蝕

混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學(xué)腐蝕?？諝庵校茫希矚鉂B透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化，又稱作中性化，其化學(xué)反應(yīng)為：Ｃａ（ＯＨ）2＋ＣＯ2＝ＣａＣＯ3＋Ｈ2Ｏ

第41頁/共56頁氯離子引起的銹蝕第42頁/共56頁第43頁/共56頁鋼筋阻銹劑形成保護膜在陽極，保護膜阻止鐵離子的流失在陰極，保護膜形成對氧的屏障第44頁/共56頁凍結(jié)溶解產(chǎn)生的裂縫補充：產(chǎn)生裂縫的原因第45頁/共56頁原因4：與施工有關(guān)的1、攪拌不均勻2、現(xiàn)場加水3、澆注順序有誤，澆注不均勻4、搗實不良，坍落度過大，集料下沉、泌水，混凝土表面強度過低就進行下一道工序5、連續(xù)澆注間隔時間過長，接茬處理不當，冷縫6、鋼筋達接、錨固不良，鋼筋、預(yù)埋件被擾動7、鋼筋保護層厚度不夠8、滑模工藝不當（拉裂或塌陷）第46頁/共56頁施工原因(a)材料混合不均勻(b)長時間攪拌(c)快速澆筑(d)先后澆筑時差過長混合材料不均勻：由于攪拌不均勻，材料的膨脹性和收縮的差異，引起局部的一些裂縫。長時間攪拌：混凝土運輸時間過長，長時間攪拌突然停止后很快硬化產(chǎn)生的異常凝結(jié)，引起網(wǎng)狀裂縫。補充：產(chǎn)生裂縫的原因第47頁/共56頁施工原因(a)材料混合不均勻(b)長時間攪拌(c)快速澆筑(d)先后澆筑時差過長澆筑速度過快：當構(gòu)件高度較大，如一次快速澆筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，產(chǎn)生下沉，引起裂縫。交接縫：澆筑先后時差過長，先澆筑的混凝土已硬化，導(dǎo)致交接縫混凝土不連續(xù)，這是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的起始位置，將成為結(jié)構(gòu)承載力和耐久性的缺陷。補充：產(chǎn)生裂縫的原因第48頁/共56頁(e)模板變形(f)支撐下沉(g)支撐下沉補充：產(chǎn)生裂縫的原因第49頁/共56頁原因4：與施工有關(guān)的9、模板變形、模板漏漿或滲水10、模板支撐下沉、拆模過早、拆模不當11、硬化前遭受擾動或承受荷載12、養(yǎng)護措施不當或養(yǎng)護不及時13、養(yǎng)護初期遭受劇烈干燥（日曬、大風）或凍害14、混凝土表面抹壓不及時15、大體積混凝土內(nèi)部溫度與表面溫度或表面溫度與環(huán)境溫度差異過大第50頁/共56頁不均勻沉降產(chǎn)生裂縫補充：產(chǎn)生裂縫的原因第51頁/共56頁裂縫控制的措施1、設(shè)計方面的措施2、混凝土原材料、配合比方面的措施3、施工方面的措施又分為：普通措施特殊措施第52頁/共56頁措施1設(shè)計方面的措施