混凝土收縮裂縫的成因及控制

鋼筋混凝土收縮裂縫機(jī)理與控制

西南石油大學(xué)

土木工程與建筑學(xué)院

王欣報(bào)告思路一、研究混凝土裂縫的原因二、鋼筋混凝土收縮裂縫產(chǎn)生原因三、鋼筋混凝土收縮裂縫的控制一、研究原因混凝土作為目前用量最大的一種建筑材料，其最大的缺點(diǎn)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)普遍的技術(shù)問題。而混凝土結(jié)構(gòu)的破壞和建筑物的倒塌也都是從結(jié)構(gòu)裂縫的擴(kuò)展開始而引起的。如地下工程(地下室、地下倉庫、地下人防工程等)，若出現(xiàn)裂縫，將會(huì)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(yán)重裂縫的建筑物將會(huì)威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。故在某些施工驗(yàn)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。

二、收縮裂縫產(chǎn)生的原因收縮裂縫分為自收縮裂縫和干燥收縮裂縫

當(dāng)表面失水速率超過實(shí)際泌水速率時(shí)，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(dòng)，但其強(qiáng)度又不足以抵抗因收縮受到限制所引起的應(yīng)力時(shí)，就產(chǎn)生開裂

泌水速率<蒸發(fā)速率→開裂自收縮在與外界沒有水分交換的條件下，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、減水劑品種與摻量、骨料品種與比例有關(guān)自收縮機(jī)理水化反應(yīng)進(jìn)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(dāng)水灰比較大時(shí)，凝膠孔基本上充滿水，自身收縮很?。凰冶容^小時(shí)，凝膠孔內(nèi)部只有部分充滿水，形成彎月面，外界的壓力使水泥漿體收縮。干燥收縮干燥收縮是水泥基混凝土的固有特性，是混凝土在未飽和空氣中向外界散失水分而產(chǎn)生的收縮。澆注時(shí)呈流動(dòng)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(gè)化學(xué)過程以外，還伴隨著一個(gè)蒸發(fā)失水干燥的物理過程，養(yǎng)護(hù)不好就出現(xiàn)干燥收縮裂縫。混凝土內(nèi)的固體水泥漿體體積會(huì)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，使混凝土的體積變化遠(yuǎn)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(%)

影響混凝土干燥收縮的主要因素1、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(xì)度愈大；收縮量會(huì)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干縮裂縫的最有效的措施之一2、骨料類型和骨料用量（1）粗、細(xì)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(xì)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3、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(shí)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(gè)是獨(dú)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。4、粉煤灰等火山灰質(zhì)摻料火山灰質(zhì)礦物摻臺(tái)料的種類較多，成份不一，有些會(huì)使需水量增大從而加大收縮，有的即使不影響用水量也會(huì)增加收縮量。也有不少試驗(yàn)資料認(rèn)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(dá)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(qiáng)度較低，在毛細(xì)孔負(fù)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(qiáng)度增加，漿體結(jié)構(gòu)能抵抗毛細(xì)孔負(fù)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?yàn)榉勖夯以缙?14d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(dāng)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(xì)孔含量提高，細(xì)毛細(xì)孔含量降低，毛細(xì)孔內(nèi)的自由水含量增多，臨界半徑增大，毛細(xì)管負(fù)壓作用降低，因此粉煤灰混凝土的自收縮減小。5、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(shí)，不同風(fēng)速和相對濕度下的水分蒸發(fā)速度。當(dāng)混凝土失水時(shí)，開始喪失水分的是較大孔徑中的毛細(xì)孔隙水，所以相應(yīng)的收縮值較小圖6水泥三漿體三的干三縮與三失水三量的三關(guān)系圖6表示三固體三水泥三漿體三的干三燥收三縮量三與失三水比三例的三關(guān)系三，失三水率三從0增加三到17三%（相三對濕三度為10三0%到40三%左右三），三收縮三量約三為0.三6%，而三失水三量繼三續(xù)增三加時(shí)三，則三帶來三的收三縮量三卻迅三速增三加（三右邊三陡然三下降三的折三線）三因?yàn)槿笠蝗A段三的收三縮多三為膠三體孔三隙水三的喪三失所三引起三。6、構(gòu)三件尺三寸構(gòu)件三尺寸三主要三影響三混凝三土內(nèi)三部水三分喪三失的三速率三，因三而影三響收三縮的三速率三。研三究表三明，三將混三凝土三置于50三%相對三濕度三的環(huán)三境中三，混三凝土三從表三面逐三漸向三內(nèi)干三燥，三一個(gè)三月后三可深三入到7.三5c三m深處三，而10年后三也只三能深三入到60三cm。處三理具三體工三程實(shí)三踐時(shí)三，實(shí)三際尺三寸構(gòu)三件與三試驗(yàn)三室小三試件三的差三別必三須予三以考三慮。三、三控制三收縮三裂縫三的措三施配制三低收三縮量三的混三凝土降低三混凝三土的三干燥三速率三，延三緩表三層水三份損三失降低三混凝三土水三化熱摻UE三A膨脹三劑配制三低收三縮量三的混三凝土（1）減三少拌三合水三的用三量（2）加三大粗三骨料三的最三大粒三徑和三骨料三含量（3）盡三量減三少水三泥用三量降低三混凝三土的三干燥三速率三，延三緩表三層水三分損三失（1）正三確養(yǎng)三護(hù)混三凝土三，尤三其是三早期三頭幾三個(gè)小三時(shí)和三澆筑三當(dāng)天三的養(yǎng)三護(hù)。（2）保三證混三凝土三強(qiáng)度三的前三提下三，宜三盡早三松開三模板三，并三將養(yǎng)三護(hù)注三入（3）拆三除模三板后三，扔三應(yīng)保三證暴三露的三混凝三土表三面不三受陽三光和三風(fēng)的三直接三作用三并使三之潮三濕。（4）達(dá)三到規(guī)三定養(yǎng)三護(hù)時(shí)三間，三覆蓋三層扔三應(yīng)保三留若三干天三。補(bǔ)償三收縮三混凝三土膨脹三劑防三裂技三術(shù)的三應(yīng)用三，必三須具三有專三門的三知識(shí)三和技三術(shù)混凝三土必三須處三于限三制狀三態(tài)，三自由三或過三大的三膨脹三將導(dǎo)三致混三凝土三強(qiáng)度三的嚴(yán)三重削三弱甚三至開三裂，三膨脹三劑用三量過三大或三過小三都會(huì)三對防三裂效三果和三混凝三土強(qiáng)三度產(chǎn)三生不三利影三響補(bǔ)償三收縮三混凝三土高溫三60℃~7三0℃下三膨脹三效能三下降需有三充分三的水三補(bǔ)給三，早三期干三燥缺三水，三反而三加速三開裂摻入三粉煤三灰會(huì)三減小三其限三制膨三脹率坍落三度經(jīng)三時(shí)損三失會(huì)三明顯三增加緩凝三劑會(huì)三降低三限制三膨脹三率膨脹三劑拌三合不三均，三局部三產(chǎn)生三過量三膨脹三，也三會(huì)引三起開三裂補(bǔ)償三收縮三混凝三土施工三單位三應(yīng)具三有應(yīng)三用膨三脹劑三的經(jīng)三驗(yàn)，三有嚴(yán)三格的三工法三和操三作條三例施工三前必三須對三所用三補(bǔ)償三收縮三混凝三土的三性能三進(jìn)行三專門三的檢三驗(yàn)測定三其自三由膨三脹率三、限三制膨三脹率三和限三制收三縮率三和它三們的三落差三、以三及溫三度變?nèi)瘜θ湫匀艿娜绊懡档腿炷了療?1三)選擇三水化三熱低三的水三泥，三優(yōu)先三選用三礦渣三硅酸三鹽水三泥、三火三山灰三質(zhì)硅三酸鹽三水泥三、三粉煤三灰硅三酸鹽三水泥三。(2三)摻入三高效三減水三劑，三以增三加混三凝土三的和三易性三。(3三)摻加三緩凝三劑，三使混三凝土三能在三較長三時(shí)間三內(nèi)保三持塑三性，三從三而調(diào)三節(jié)新三拌混三凝土三的凝三結(jié)時(shí)三間，三減少三水化三熱。摻UE三A膨脹三劑摻入U(xiǎn)E三A膨脹三劑，三以三抵消三混凝三土干三縮時(shí)三產(chǎn)生三的拉三應(yīng)力三，補(bǔ)三償混三凝土三因?yàn)槿谌缙谌a(chǎn)生三的收三縮裂三縫，三提高三混凝三土的三密實(shí)三度。早期三限制三膨脹三的作三用使早三期混三凝土三處于三受壓三或低三受拉三的應(yīng)三力狀三態(tài)，三避免三早期三開裂延遲三混凝三土的三收縮三開始三時(shí)間三，此三時(shí)混三凝土三的抗三拉能三力已三有較三大增三長一般三認(rèn)為三，應(yīng)三用補(bǔ)三償收三縮混三凝土三時(shí)，三應(yīng)導(dǎo)三入0三.3三~0三.7三MP三a的三預(yù)應(yīng)三力早期三限制三膨脹三的作三用計(jì)算三方法三的適三用性三尚缺三乏充三分驗(yàn)三證，三實(shí)際三應(yīng)用三時(shí)存三在的三問題a、三實(shí)際三結(jié)構(gòu)三的限三制程三度難三以用三標(biāo)準(zhǔn)三小試三件的三配筋三率模三擬b、三尺寸三的影三響不三清，三實(shí)際