現(xiàn)代混凝土變形與裂縫控制-混凝土開裂原因

現(xiàn)代混凝土變形與裂縫控制裂原因混凝土開現(xiàn)代混凝土變形與裂縫控制裂原因混凝土開影響服役壽命，且開裂問(wèn)題是混凝土工程的通病，開裂影響結(jié)構(gòu)使用安全、造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。工程出現(xiàn)裂縫后，往往出現(xiàn)以下情形:誰(shuí)的問(wèn)題：設(shè)計(jì)？材料？施工？監(jiān)管？圖1現(xiàn)狀：裂縫出現(xiàn)說(shuō)不清，不可控本文將回答以下三個(gè)問(wèn)題:（1）混凝土裂縫產(chǎn)生主要原因是什么？（2）為什么現(xiàn)代混凝土更容易開裂？（3）混凝土技術(shù)發(fā)展這么多年仍無(wú)法解決裂縫問(wèn)題？（4）混凝土裂縫可控么？一，混凝土裂縫產(chǎn)生主要是什么混凝土開裂一般由拉應(yīng)力引起，即當(dāng)混凝土所受的拉應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度時(shí)則會(huì)產(chǎn)生裂縫。就具體原因而言，如圖2所示，混凝土的收縮是引起開裂的主要原因。圖2混凝土開裂的主要原因下面具體介紹收縮變形引起的開裂。□塑性階段（硬化之前）收縮裂縫□該階段可分為沉降收縮和塑性收縮兩類。沉降收縮：混凝土成型后，顆粒沉降產(chǎn)生的體積收縮。這種收縮在骨料級(jí)配較差、加水量過(guò)多、混凝土結(jié)構(gòu)厚度較大、硬化較慢以及振搗不足的情況下容易產(chǎn)生，該類裂縫一般平行于鋼筋（圖3）;圖3沉降裂縫塑性收縮：由于水分蒸發(fā)引起的收縮，該類裂縫出現(xiàn)在混凝土表層，取向較亂或無(wú)明顯規(guī)律（圖4）。圖4塑性收縮裂縫干燥收縮裂縫干燥收縮主要是指在硬化階段混凝土中水分蒸發(fā)引起。其產(chǎn)生機(jī)理和塑性收縮基本一致，最大的區(qū)別在于二者發(fā)生的時(shí)間。干燥裂縫如圖5所示，其出現(xiàn)時(shí)間一般較晚（可長(zhǎng)達(dá)數(shù)年），且裂縫形態(tài)受結(jié)構(gòu)尺寸、環(huán)境條件影響較大。圖5干燥開裂自收縮溫度收縮裂縫之所以將自收縮和溫度收縮放到一起，主要是由于在早期開裂過(guò)程中（特別是高強(qiáng)混凝土中）二者往往相互疊加。自收縮：澆筑成型以后的混凝土在密封條件下表觀體積的減小，其根本原因是水泥在水化過(guò)程中，體系總體積減小。溫度收縮：混凝土中熱量的散失或溫度下降引起的收縮。水泥等水化時(shí)將會(huì)產(chǎn)生放熱反應(yīng)，水泥的水化放熱量越大，放熱速率越快，混凝土的內(nèi)外溫差越大，產(chǎn)生的收縮量也越大。圖6溫度和自收縮疊加引起的裂縫圖7溫度裂縫（低強(qiáng)混凝土）溫度裂縫、溫度和自收縮疊加引起的裂縫較為類似，其特征如下：溫降階段出現(xiàn)，間距較規(guī)整；往往為貫穿性裂縫。二、為什么現(xiàn)代混凝土更容易開裂？工程技術(shù)人員往往有以下直觀印象“現(xiàn)代混凝土更容易裂了”。這主要由于兩個(gè)方面原因：（1）水泥物理及化學(xué)性能變化；（2）混凝土組成及性能變化。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，水泥細(xì)度的細(xì)度翻了一倍（圖8），C3A和C3S含量也顯著提升，導(dǎo)致水泥放熱集中（30cm厚墻體即有較大溫升和溫降，圖9），收縮增大，開裂風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。圖8水泥性能變化圖9墻體結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)結(jié)果

與此同時(shí)，水膠比的降低、超細(xì)摻合料的使用、強(qiáng)度等級(jí)的提升導(dǎo)致混凝土自收縮顯著增大，水化放熱總量增加，脆性增大，也導(dǎo)致現(xiàn)代混凝土更容易開裂。三、混凝土技術(shù)發(fā)展這么多年仍無(wú)法解決問(wèn)題？三、混凝土技術(shù)發(fā)展這么多年仍無(wú)法解決問(wèn)題？既然混凝土開裂機(jī)理及原因已經(jīng)較為明確，那為什么裂縫問(wèn)題仍然無(wú)法解決？（1）雖然知道每種裂縫的原因，但工程現(xiàn)場(chǎng)影響因素太復(fù)雜（結(jié)構(gòu)尺寸、環(huán)境、原材料、施工等等），缺乏科學(xué)、量化的評(píng)估方法。（2）設(shè)計(jì)上：目前只有大體積混凝土（特別是水工大體積混凝土）有專門的裂縫控制規(guī)范。普通混凝土結(jié)構(gòu)往往根據(jù)承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要控制荷載下的裂縫寬度，而基本不考慮材料收縮開裂。（3）技術(shù)上：部分裂縫控制還缺乏有效的關(guān)鍵技術(shù)手段。此外，還存在部分材料供應(yīng)商虛假宣傳、以次充好等問(wèn)題。、混凝土裂縫可控么？如上所述，裂縫控制問(wèn)題關(guān)鍵在于以下兩個(gè)方面：（1）科學(xué)的設(shè)計(jì)方法；（2）抗裂性提升關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題，江蘇蘇博特新材料股份有限公司依托高性能土木工程材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過(guò)近20年的公關(guān)及努力，形成了具有特色的裂縫控制成套技術(shù)及方案。在抗裂性設(shè)計(jì)方面將工程中影響混凝土開裂的各種復(fù)雜因素提煉為〃水化-溫度-濕度-約束多場(chǎng)耦合〃這一科學(xué)問(wèn)題，并開發(fā)相關(guān)計(jì)算軟件，實(shí)現(xiàn)混凝土原材料、結(jié)構(gòu)尺寸、外界條件等因素對(duì)抗裂性影響的定量評(píng)估。圖10抗裂性設(shè)計(jì)方法在抗裂性提升對(duì)技術(shù)方面形成了針對(duì)不同齡期、不同結(jié)構(gòu)形式的抗裂性關(guān)鍵技術(shù)（將在后面幾期單獨(dú)進(jìn)行介紹）。五、結(jié)語(yǔ)混凝土裂縫控制是一項(xiàng)復(fù)雜技術(shù)問(wèn)題，任何技術(shù)都應(yīng)放在〃設(shè)計(jì)-材料-施工-檢測(cè)〃整個(gè)過(guò)程中綜合考慮，而非隨便拍著胸脯說(shuō)〃我們可以保證不裂〃。與此同時(shí)，在科學(xué)研究及實(shí)踐基礎(chǔ)上，有信心說(shuō)：〃混凝土裂縫也是可控的〃。未來(lái)混凝土裂縫控制應(yīng)該體現(xiàn)在〃抗裂可設(shè)計(jì)、