混凝土早期裂縫機(jī)理課件

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混凝土早期裂縫機(jī)理混凝土早期自生裂縫一.混凝土結(jié)構(gòu)成型階段研究混凝土在施工期間裂縫的發(fā)展，必須明確混凝土材料的成熟規(guī)律、施工環(huán)境條件的影響等。所有這些因素對(duì)成型“早期”混凝土結(jié)構(gòu)的綜合作用決定了裂縫的生成和發(fā)展。目前，在混凝土材料科學(xué)領(lǐng)域，對(duì)于混凝土“早期”還沒(méi)有一個(gè)比較明確統(tǒng)一的界定?；炷翉臐仓駬v完畢開(kāi)始到混凝土凝固硬化，達(dá)到結(jié)構(gòu)的使用功能標(biāo)準(zhǔn)，滿足相應(yīng)的使用要求，一般要經(jīng)過(guò)以下四個(gè)階段：(1)塑性階段。是指從混凝土澆筑振搗完成開(kāi)始至混凝土終凝完成的時(shí)段，對(duì)于普通混凝土而言，約為澆搗后6～12小時(shí)的時(shí)段內(nèi)。在該階段，混凝土仍處于塑性流變階段，水泥水化反應(yīng)劇烈，混凝土的物理化學(xué)性質(zhì)都極不穩(wěn)定，體積變化較快。(2)早前期階段。一般是指混凝土終凝后至72小時(shí)的時(shí)段。該階段中，水化反應(yīng)進(jìn)程過(guò)半，混凝土內(nèi)部形成了基本的微觀結(jié)構(gòu)體系，強(qiáng)度和剛度發(fā)展很快。(3)早后期階段。一般是混凝土澆搗72小時(shí)至90天的時(shí)段。該時(shí)段中，水泥水化反應(yīng)過(guò)程接近結(jié)束，混凝土的強(qiáng)度和剛度發(fā)展減慢，趨于成熟。混凝土早期自生裂縫(4)成熟階段。一般是指混凝土澆搗90天以后的時(shí)段。該時(shí)段雖然還有很微弱的水化過(guò)程，但混凝土的強(qiáng)度和剛度基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這里研討的混凝土早期自生裂縫，主要是針對(duì)混凝土早前期階段，也就是澆搗后72小時(shí)之內(nèi)所出現(xiàn)的宏觀(可見(jiàn))裂縫和微裂縫?；炷翝矒v后，伴隨著水泥水化過(guò)程的進(jìn)行，混凝土微觀結(jié)構(gòu)逐步形成，內(nèi)部的溫度、濕度場(chǎng)分布也在隨齡期發(fā)生變化，從而引起混凝土溫度變形、收縮變形和徐變等一系列體積變形?；炷猎缙谧陨芽p的生成和發(fā)展規(guī)律則是這些體積變形的結(jié)果。混凝土早期自生裂縫二.混凝土早期裂縫和早期自生裂縫本章要討論的中心內(nèi)容是混凝土的早期裂縫，尤其是早期自生裂縫。為了便于討論，首先必須對(duì)早期自生裂縫的定義及其討論范圍有一個(gè)大致的界定。1.早期自生裂縫的定義混凝土早期自生裂縫是根據(jù)裂縫產(chǎn)生的時(shí)間和裂縫產(chǎn)生的原因兩個(gè)方面來(lái)定義的。從時(shí)間方面來(lái)界定，顯然應(yīng)包括塑性階段、早前期階段兩個(gè)時(shí)間段所產(chǎn)生的一切裂縫。從裂縫所產(chǎn)生的原因來(lái)界定，混凝土早期自生裂縫是指混凝土不是因?yàn)榛炷梁奢d作用(力的作用)和變形作用(含地基變形失調(diào)、溫濕脹縮變形失調(diào)、構(gòu)件斷面內(nèi)部變形失調(diào)和構(gòu)件之間變形失調(diào))的直接作用而產(chǎn)生的裂縫，而是指混凝土在正常的環(huán)境條件下，也就是在正常的溫濕度，且不受外因干擾的條件下，只是由于混凝土自身內(nèi)在的物理化學(xué)作用引起的收縮效應(yīng)所產(chǎn)生的微裂縫。它是不以人們意志為轉(zhuǎn)移的，無(wú)法控制的自然現(xiàn)象。而且這種現(xiàn)象只是出現(xiàn)在混凝土終凝前后(早前期)。這樣，對(duì)于混凝土早期自生裂縫的研究范圍就有了明確的界定?；炷猎缙谧陨芽p2.早期裂縫分類從裂縫的時(shí)間來(lái)考察，混凝土早期裂縫的概念是很清楚的，常見(jiàn)的早期裂縫可以歸納為以下六種類型，即①水化熱溫差裂縫；②混凝土自生收縮裂縫；③混凝土塑性吸附分離裂縫；④混凝土塑性沉落阻滯裂縫；⑤塑性收縮裂縫；⑥正常收縮裂縫。3.混凝土自生收縮裂縫新澆筑的混凝土在無(wú)溫度變化、與外界無(wú)濕度交換條件下，由于水泥水化及礦物摻和料的二次水化作用，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)變化，從而使混凝土在微觀和宏觀上表現(xiàn)出來(lái)體積縮小的現(xiàn)象，稱為混凝土自生收縮。因混凝土自生收縮引起的裂縫稱為混凝土自生收縮裂縫?；炷猎缙谧陨芽p影響混凝土自生收縮的因素很多，除與水泥品種、水泥細(xì)度有關(guān)外，還與混凝土的水泥用量、水灰比大小、外摻和料種類和用量等有關(guān)。混凝土自生收縮是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象，任何混凝土都存在自生收縮，自生收縮是混凝土收縮變形的重要構(gòu)成部分。由于在高性能混凝土的材料使用上的不同，高性能混凝土的自生收縮對(duì)混凝土的性能影響特別突出。相對(duì)而言，在混凝土的總收縮變形量中，高性能混凝土自生收縮變形所占比重較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通混凝土的自生收縮的所占比重。因此，研究高性能混凝土的自生收縮變形對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響是非常必要的。后面將著重討論高性能混凝土的早期自生微裂現(xiàn)象。高性能混凝土的早期自生裂縫一.高性能混凝土的定義自從19世紀(jì)中葉混凝土出現(xiàn)以來(lái)，結(jié)構(gòu)工程中使用混凝土強(qiáng)度在30MPa以下的歷史接近一個(gè)世紀(jì)，并且，混凝土的強(qiáng)度一直是混凝土的主要性能指標(biāo)。20世紀(jì)60年代后，高強(qiáng)混凝土一詞開(kāi)始用于強(qiáng)度為40MPa以上的混凝土，其后，混凝土的強(qiáng)度上升到50MPa以上。近20年來(lái)，在一些高層建筑物和橋梁等重大建設(shè)工程中，使用了更高強(qiáng)度的混凝土，有的強(qiáng)度已超過(guò)了100MPa。混凝土材料的高性能化是近10年才提出的。高性能混凝土不同于高強(qiáng)度混凝土，從某種意義上講高強(qiáng)度只是高性能的一個(gè)方面。因?yàn)槿藗儗?duì)混凝土結(jié)構(gòu)的使用，不僅要求混凝土有較高的強(qiáng)度，還要求混凝土結(jié)構(gòu)有更長(zhǎng)使用壽命，即混凝土的耐久性等。1990年5月美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)與美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI)召開(kāi)會(huì)議，首次提出高性能混凝土(HighPerformanceConcrete，HPC)這個(gè)名詞。然而，關(guān)于高性能混凝土的定義卻未得到廣泛認(rèn)同。各國(guó)根據(jù)不同的工程提出不盡相同的要求和涵義，但重視耐久性是大勢(shì)所趨。NIST與CAI認(rèn)為高性能混凝土是用優(yōu)質(zhì)的水泥、集料、水和活性細(xì)摻料與高效外加高性能混凝土的早期自生裂縫劑制成的，具有優(yōu)良的耐久性、工作性和高強(qiáng)度的勻質(zhì)混凝土。日本更重視混凝土的工作性與耐久性；歐洲重視強(qiáng)度和耐久性，常與高強(qiáng)度混凝土并提。我國(guó)著名材料學(xué)家吳中偉院士，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的研究，綜合各種觀點(diǎn)，對(duì)高性能混凝土提出的定義是：“高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高常規(guī)混凝土性能的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)原材料，在妥善的質(zhì)量管理的條件下制成的，除水泥、水、集料以外，高性能混凝土必須采用低水膠比和摻加足夠細(xì)摻料與高效外加劑。高性能混凝土應(yīng)同時(shí)保證耐久性、工作性、各種力學(xué)性能、適用性、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)合理性?！备咝阅芑炷恋纳a(chǎn)是需要較高的技術(shù)和管理水平的，從某種角度來(lái)看，高性能混凝土是一種優(yōu)質(zhì)的材料加高超的技術(shù)和工藝結(jié)合的產(chǎn)物。為了實(shí)現(xiàn)高性能混凝土優(yōu)良的耐久性、工作性、各種力學(xué)性能等目標(biāo)，一般是使用高標(biāo)號(hào)的水泥、摻加外摻粉料和高效外加劑、采用低水膠比等措施。高性能混凝土的配制必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的選料、設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，以確?；炷恋母黜?xiàng)性能要求。高性能混凝土所用骨料的最大粒徑不宜大于20mm，且級(jí)配良好，粗骨料的實(shí)積比(粗骨料的實(shí)際體積與其所占的空間體積之比)對(duì)混凝土的流動(dòng)性影響很大，經(jīng)試驗(yàn)研究，該實(shí)積比為0.5最佳。另外，高性能混凝土的水膠比(用水量與水泥和外摻和料的質(zhì)量比)一般控制在0.3左右，含氣量一般控制在4％～7％。高性能混凝土的早期自生裂縫高性能混凝土中外摻和料有粉煤灰、硅粉、火山灰等，這些外摻和料不僅替代了部分水泥，減少水泥用量，降低混凝土的水化熱，還改善了混凝土的流動(dòng)性。部分外摻和料也可以與水發(fā)生水化反應(yīng)，提高混凝土強(qiáng)度和密實(shí)性，因此，這些摻和料是混凝土的輔助膠凝材料。

二.高性能混凝土的早期自生裂縫機(jī)理早期收縮是引起混凝土早期裂縫的主要原因，除了混凝土降溫引起的收縮(冷縮)外，混凝土內(nèi)部的濕度變化和水化引起的自收縮是混凝土開(kāi)裂的最常見(jiàn)的原因。高性能混凝土早期自生裂縫同樣是混凝土收縮變形受到約束的結(jié)果，但是高性能混凝土的塑性收縮、自生收縮、正常干燥收縮三方面不同于普通混凝土。由于高性能混凝土水膠比遠(yuǎn)低于普通混凝土，高性能混凝土又摻入了大量的細(xì)摻和料與超塑化劑，高性能混凝土的自生收縮變形率遠(yuǎn)大于普通混凝土，而高性能混凝土的正常干燥收縮又小于普通混凝土。因此，就高性能混凝土的早期收縮變形而言，其自生收縮是特別突出的。高性能混凝土的早期自生裂縫高性能混凝土是高漿體含量的混凝土，水膠比低，在混凝土澆筑后最初的幾天內(nèi)，水分從混凝土表面蒸發(fā)比普通混凝土快，因此高性能混凝土更容易產(chǎn)生塑性收縮。水泥水化過(guò)程中固相的絕對(duì)體積不斷增加，但固相與液相體積的總和在逐步減小，這部分體積減小值，就稱為水泥水化收縮，又稱化學(xué)減縮。由于化學(xué)減縮作用，新拌混凝土的膠凝材料漿體中原來(lái)被水所占領(lǐng)的一部分空間被水泥水化產(chǎn)物所填充，而另一部分形成空隙，使得化學(xué)減縮引起的體積變化分成內(nèi)部收縮和外部收縮兩部分。內(nèi)部收縮是指水化過(guò)程中漿體內(nèi)孔隙的增加量；而外部收縮是由于化學(xué)反應(yīng)消耗水，使孔隙中的液面下降，產(chǎn)生毛細(xì)管張力，將漿體的固體顆粒(包括水泥顆粒、摻和料和已凝固的水泥漿體)進(jìn)一步拉近，從而使混凝土宏觀上表現(xiàn)出體積的縮小。由于在水化過(guò)程中，孔隙水液面下降對(duì)應(yīng)于混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度的降低，使混凝土在不受外界環(huán)境影響下內(nèi)部產(chǎn)生干燥現(xiàn)象，因而，這種外部收縮也稱為自干燥收縮。我們平常所說(shuō)的自收縮就是指這部分收縮。由于早期混凝土處于可塑或低強(qiáng)度狀態(tài)，外部收縮要強(qiáng)烈些，當(dāng)混凝土有了一定的強(qiáng)度后，混凝土的化學(xué)減縮主要表現(xiàn)為內(nèi)部收縮。隨著混凝土內(nèi)部收縮繼續(xù)進(jìn)行，會(huì)加劇混凝土毛細(xì)管的張力，將使混凝土的外部收縮也繼續(xù)發(fā)生。由于水泥水化速率隨著齡期呈遞減趨勢(shì)，因而混凝土的自收縮主要表現(xiàn)在混凝土早期，也就是混凝土的終凝前后。高性能混凝土的早期自生裂縫自生收縮是高性能混凝土不同于普通混凝土的特性之一。由于高性能混凝土的水灰比(或水膠比)很低，混凝土中總用水量減少，用水量幾乎為混凝土的理論水化所需值，在混凝土成型早期，內(nèi)部游離的自由水分會(huì)很快消耗掉(一般12小時(shí)內(nèi))，水泥的持續(xù)水化就必然導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的相對(duì)濕度降低——自干燥，已形成的骨架發(fā)生收縮變形，即自收縮。在低水灰比(或水膠比)的混凝土中，毛細(xì)管分散且細(xì)化，水化所產(chǎn)生的毛細(xì)管張力會(huì)更強(qiáng)，導(dǎo)致混凝土的自收縮也大。這就是高性能混凝土的自收縮比普通混凝土強(qiáng)烈的原因。高性能混凝土的水灰比(或水膠比)越低，混凝土的自收縮變形就越大。對(duì)于高性能混凝土而言，即使外部環(huán)境的濕度保持在100％的無(wú)干燥狀態(tài)，其收縮微裂現(xiàn)象仍然不會(huì)停止。正因?yàn)檫@種收縮微裂現(xiàn)象是通過(guò)高度細(xì)化了的毛細(xì)管表面張力來(lái)體現(xiàn)的，毛細(xì)管細(xì)化程度越高，微裂現(xiàn)象就越嚴(yán)重，其分布就越均勻。這些均勻分布在水泥膠體(水泥石)上或水泥石與粗骨料包蓋界面上的細(xì)微毛細(xì)組織和細(xì)微裂縫，正像高度細(xì)化了的織物經(jīng)緯組織或其他機(jī)體組織，細(xì)化程度越高，只能說(shuō)明其組織越細(xì)密品質(zhì)越好。因此說(shuō)，高性能混凝土的早期自生裂縫為無(wú)害裂縫，對(duì)其后期發(fā)展的高強(qiáng)度可以說(shuō)有益無(wú)害，是自動(dòng)協(xié)調(diào)混凝土內(nèi)部本構(gòu)關(guān)系的一種表現(xiàn)，也是改善其品質(zhì)的一種表現(xiàn)。高性能混凝土的早期自生裂縫由于水泥水化要消耗混凝土中大量的水，而高性能混凝土中原本用水量就很少，高性能混凝土中水的散失量非常有限，比普通混凝土要小得多，因此高性能混凝土的正常干燥收縮在總收縮量中的比例要遠(yuǎn)小于普通混凝土。實(shí)驗(yàn)證明，高性能混凝土內(nèi)部的相對(duì)濕度在水泥凝固期間會(huì)很快降到90％以下，摻用較多硅粉的混凝土，內(nèi)部的相對(duì)濕度還會(huì)降到80％以下，也就是說(shuō)，高性能混凝土暴露于相對(duì)濕度80％以上的環(huán)境中，高性能混凝土就不會(huì)發(fā)生正常干燥收縮變形。再者，高性能混凝土自身毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)更細(xì)密，水汽滲透率很低，混凝土內(nèi)部的水分散失很困難，這也是高性能混凝土正常干燥收縮小的一個(gè)原因。影響高性能混凝土早期收縮的因素很多，大致包括水泥品種、水泥用量、水泥標(biāo)號(hào)、水灰比(或水膠比)、粗骨料粒徑、外加劑種類以及礦物摻和料的種類、細(xì)度和摻量等等?，F(xiàn)就主要因素討論如下。1.水泥水泥水化是混凝土產(chǎn)生自生收縮的最根本原因，水泥水化產(chǎn)生化學(xué)減縮。水泥熟料中各種礦物水化反應(yīng)時(shí)引起的減縮各不相同。同時(shí)水泥越細(xì)，會(huì)增大水泥的水化速率和水化程度，水泥的化學(xué)減縮也越大。使用早強(qiáng)型水泥、或鋁酸鹽水泥、或高標(biāo)號(hào)水泥的混凝土的自收縮都大。單位體積混凝土的水泥用量越大，混凝土的自生收縮也越大。高性能混凝土的早期自生裂縫2.水灰比(或水膠比)水灰比(或水膠比)越低，混凝土越密實(shí)，混凝土因環(huán)境干燥散失的水分就越少，因而，混凝土的正常干燥收縮就降低。相對(duì)于正常干燥收縮，混凝土的自生收縮隨水灰比(或水膠比)的減小而增加。由此可見(jiàn)，低水灰比(或水膠比)能改善混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度和低滲透等性能，但也帶來(lái)了混凝土自身體積穩(wěn)定性方面的問(wèn)題。3.摻和料目前用于高性能混凝土的摻和料主要有：硅粉、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細(xì)礦渣、磨細(xì)沸石粉等。混凝土中摻入硅粉，能與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生二次水化反應(yīng)，促進(jìn)水泥水化，提高水泥的水化程度。同時(shí)，二次水化產(chǎn)物和硅粉細(xì)粒大量填充在混凝土的孔隙中，使混凝土結(jié)構(gòu)致密，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B能力。但是，摻入了硅粉后，高性能混凝土的干燥收縮和自生收縮會(huì)加大。粉煤灰能促進(jìn)水泥水化，同時(shí)粉煤灰中的部分顆?？梢猿洚?dāng)微粒集料抑制混凝土自生收縮。在強(qiáng)度許可的前提下，粉煤灰摻量越大，混凝土的自生收縮越小。礦渣粉親水性差，摻入礦渣粉后，水泥的泌水性加大，保水性能差，會(huì)增大混凝土的自生收縮和正常干燥收縮。高性能混凝土的早期自生裂縫4.外加劑配制高性能混凝土?xí)r，常常要摻入各種塑化劑以改善混凝土拌和物的工作性。塑化劑可以降低混凝土的用水量，減少混凝土中的毛細(xì)管張力，能夠減小混凝土的自生收縮變形。但因外加劑的化學(xué)成分和含鹽量不同，也可能增大混凝土的自生收縮變形。混凝土的早期塑性分離裂縫一.混凝土的流動(dòng)性與其吸附分離作用不論是高水灰比的普通塑性混凝土，還是低水灰比的高性能混凝土，還是專門用于泵送施工、免于振搗的高流動(dòng)性混凝土，經(jīng)過(guò)機(jī)械振搗之后，都會(huì)呈流動(dòng)、液化現(xiàn)象，有很好的流動(dòng)性。在流動(dòng)狀態(tài)之下，水、水泥或粉煤灰等摻和料、外加劑等細(xì)度極高的膠體分子都具有很高的活性和極強(qiáng)的被吸附性能，能夠主動(dòng)的向海綿狀多孔隙的吸附體聚集，在已澆筑的塑性混凝土內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)位移和相對(duì)分離的現(xiàn)象，形成塑性吸附分離裂縫?；炷恋脑缙谒苄苑蛛x裂縫二.混凝土的吸附分離量和干縮冷縮量塑性混凝土的吸附分離量與混凝土的組成材料性能、比例，主要是與水泥和各種摻和料的細(xì)度、用量、水膠比以及粗骨料的親水性(吸附力)、混凝土的振搗條件、墊層的光滑度、墊層表面的坡度和周邊模板、或地槽、或已有混凝土的吸附能力等多種因素有關(guān)。膠體含量越大，粗骨料粒徑越小、用量越小、光潔度越大、吸附性越差(比如河卵石)，則產(chǎn)生吸附分離裂縫的幾率越高，出現(xiàn)的裂縫寬度越大。目前還很難用數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行定量計(jì)算，但可以肯定高性能混凝土，尤其高流動(dòng)性混凝土上出現(xiàn)的吸附分離裂縫現(xiàn)象比普通混凝土要嚴(yán)重得多，這是應(yīng)該警惕的。由于混凝土的干縮與冷縮現(xiàn)象是滯后于吸附分離現(xiàn)象的，在沒(méi)有形成吸附分離裂縫的混凝土表面，其干縮與冷縮現(xiàn)象一般是沒(méi)有方向性的，干縮冷縮縫多呈龜裂分散，不會(huì)集中出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)吸附分離裂縫，口子已經(jīng)撕開(kāi)，薄弱環(huán)節(jié)已經(jīng)形成，干縮冷縮作用也就必然向薄弱點(diǎn)集中，三種作用合而為一，就會(huì)大大擴(kuò)展裂縫的寬度，并將作用時(shí)間向后延續(xù)，使情況復(fù)雜化，問(wèn)題嚴(yán)重化。混凝土的早期塑性分離裂縫三.吸附分離裂縫的危害性本來(lái)，吸附分離裂縫形成于混凝土終凝以前的塑性階段，屬于先天性缺憾，裂縫界面上并不存在作用力，屬于無(wú)害性裂縫。即使吸附分離縫與干縮冷縮縫疊加以后，裂縫有所擴(kuò)大，但只待干縮冷縮現(xiàn)象終止，裂紋也就穩(wěn)定下來(lái)，仍然屬于無(wú)害裂紋。但是有一個(gè)危險(xiǎn)因素必須引起關(guān)注，那就是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生吸附分離裂縫的吸附體，如果是吸附性極強(qiáng)的干燥膨脹性土體，則其產(chǎn)生吸附作用以后，隨之會(huì)因吸水過(guò)量而產(chǎn)生強(qiáng)大的膨脹壓力，將還沒(méi)有足夠強(qiáng)度的混凝土體擠碎，其破壞作用是很可怕的?；炷恋脑缙谒苄苑蛛x裂縫四.工程實(shí)例1.大型地下室底板周邊裂縫某大型地下室以中等風(fēng)化玄武巖為持力層，底板厚1800mm，用C30泵送混凝土澆筑。為了節(jié)約石方開(kāi)挖量，底板周邊即以風(fēng)化巖為模板，滿槽澆筑混凝土。澆筑工作完成以后，即發(fā)現(xiàn)了底板混凝土表面沿周邊出現(xiàn)了平行、不連續(xù)的大量裂縫，裂縫離邊界線的距離為1000mm～2000mm不等，縫寬在3mm以上。經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為屬于混凝土塑性階段的吸附分離裂縫。事后只進(jìn)行了注漿封縫處理，未采取任何加固措施。大廈建成已多年，地基基礎(chǔ)工作狀況良好，未發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象?；炷恋脑缙谒苄苑蛛x裂縫2.某高位貯水池底板混凝土碎裂現(xiàn)象建于一小山頂上的生活用水貯水池，山頂覆蓋的紅黏土層厚度約5.0m，紅黏土的顆粒細(xì)、密實(shí)度大，含高嶺土和蒙脫石的成分高，屬于膨脹土。基巖為花崗斑巖，土層干燥，不存在地下水，鋼筋混凝土貯水池的底板滿槽澆灌于干燥的紅黏土基坑內(nèi)。在進(jìn)行水池立壁施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)了鋼筋混凝土水池底板出現(xiàn)了嚴(yán)重的碎損現(xiàn)象，裂縫大致上可以分為兩種類型，一種弧形裂縫沿基坑周邊分布，縫長(zhǎng)1000mm～2000mm不等，不連續(xù)；另一種輻射型裂縫均勻分布于水池周邊，縫長(zhǎng)也是1000mm～2000mm，其他放射型雜散裂縫非常密集。經(jīng)分析，認(rèn)定弧形裂縫屬于塑性混凝土的吸附分離裂縫，而輻射型和雜亂型裂縫則屬于膨脹土的擠壓裂縫。由于膨脹土對(duì)水的敏感性、水池的防滲防溢措施不到位，所以該水池建成后服務(wù)沒(méi)有幾年，就只得報(bào)廢?；炷恋脑缙谒苄猿谅渥铚芽p一.混凝土的沉落密實(shí)過(guò)程混凝土是由顆粒結(jié)構(gòu)不同、容重不同、吸附性能不同的粗細(xì)骨料和水泥以及各種摻和料、添加劑加水拌和而成。在其澆筑成型過(guò)程中，由于其自身的重力作用與機(jī)械振搗作用，作為全塑性狀態(tài)甚至是流體狀態(tài)的混凝土，其下沉固結(jié)過(guò)程可分為以下幾個(gè)不同的階段。第一階段是離析階段，混合料借自重從高位向低位轉(zhuǎn)移運(yùn)送過(guò)程中，粗而重的大顆粒率先降落到最低層，細(xì)而輕的粉末浮漿則漂浮在表層；第二階段是液化流變階段，混凝土拌合物在振搗器強(qiáng)烈振搗過(guò)程中，從離析分離狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w，呈懸浮狀；第三階段是沉落密實(shí)階段，隨著時(shí)間的推移，依靠重力作用，比重大的粗顆粒進(jìn)一步向下部集中，稀薄漿液則浮向表面；第四階段是泌水收縮階段，包括粗細(xì)骨料在內(nèi)的水泥、摻和料和外加劑等固態(tài)物質(zhì)逐步向下層沉落、固結(jié)、密實(shí)以后，將水體擠出，在表面形成泌水層；第五階段是干縮固結(jié)階段，泌水層被蒸發(fā)，孔隙毛細(xì)水被蒸發(fā)以后，混凝土進(jìn)一步干縮下沉。全過(guò)程五個(gè)階段歷時(shí)大致為7～12小時(shí)，塑性混凝土、高性能混凝土的沉落固結(jié)過(guò)程基本完成，其累計(jì)的沉降量就出現(xiàn)在混凝土墻或柱的頂面?；炷恋脑缙谒苄猿谅渥铚芽p二.混凝土的塑性沉落量墻、柱等豎向構(gòu)件在混凝土塑性澆筑過(guò)程中累計(jì)出現(xiàn)的頂面豎向沉落量與豎向構(gòu)件的連續(xù)澆筑高度、澆筑上升速度以及混凝土拌合料的材料性能、比例都有密切關(guān)系。在早年的高水灰比、高坍落度、低強(qiáng)度的礦渣水泥混凝土施工實(shí)踐中，曾出現(xiàn)過(guò)8小時(shí)之內(nèi)澆筑6m高的立柱、頂面累計(jì)沉落量達(dá)10mm以上的記錄。這10mm的沉落量如果在中途遇到阻滯，使沉落現(xiàn)象不連續(xù)，就會(huì)在阻滯線下形成10mm的沉落阻滯裂縫。

三.混凝土的沉落阻滯條件在實(shí)際工程中，豎向構(gòu)件在混凝土澆筑后的塑性沉落固結(jié)過(guò)程中遇到阻滯的機(jī)遇是很多的，比如剪力墻或深梁的水平粗鋼筋、大斷面柱貼模板的箍筋，構(gòu)件內(nèi)預(yù)埋的水平管線，比如電線導(dǎo)管、上下水管、預(yù)應(yīng)力索導(dǎo)管，還有厚薄不一的模板接口，均可成為塑性混凝土沉落過(guò)程中的阻滯帶，導(dǎo)致沉落阻滯裂縫的出現(xiàn)?；炷恋脑缙谒苄猿谅渥铚芽p四.沉落阻滯裂縫的危害性早期沉落阻滯裂縫的出現(xiàn)雖然從側(cè)面也說(shuō)明了存在一些明顯的施工質(zhì)量問(wèn)題，比如混凝土水灰比偏大，混凝土強(qiáng)度可能偏低，鋼筋、埋件位置欠準(zhǔn)確，模板接槎欠平整等操作問(wèn)題。但就塑性沉落裂縫本身來(lái)說(shuō)，只屬于先天性的小缺憾，對(duì)結(jié)構(gòu)安全不會(huì)構(gòu)成任何威脅，只須進(jìn)行一些嵌補(bǔ)封縫工作，就可恢復(fù)正常狀態(tài)。五.預(yù)防沉落阻滯裂縫的措施塑性沉落阻滯裂縫發(fā)生于混凝土的塑性階段，對(duì)混凝土性能有一定的影響(主要是對(duì)抗?jié)B能力影響突出些)。為了盡可能防止混凝土出現(xiàn)塑性沉落阻滯裂縫，一般可以采取以下措施：(1)在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足混凝土和易性要求的前提下，應(yīng)盡量減少用水量，選擇良好的骨料級(jí)配和最優(yōu)的含砂率。且粒徑小于0.16mm的細(xì)顆粒要具有一定含量。(2)摻加能提高混凝土保水性和黏聚性的摻和料和外加劑，例如摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰、減水劑和引氣劑等。混凝土的早期塑性沉落阻滯裂縫(3)對(duì)于高大的結(jié)構(gòu)，要保證混凝土的側(cè)向接觸的模板、已凝固的混凝土面平整?；炷翝仓俣冗m當(dāng)控制。(4)在混凝土澆筑過(guò)程中，在保證混凝土密實(shí)性的前提下，避免過(guò)振，在混凝土初凝前，應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)塑性沉降阻滯裂縫的混凝土部位，進(jìn)行復(fù)振。一旦出現(xiàn)了塑性沉降阻滯裂縫，要及時(shí)處理。在初凝前可以采取復(fù)振，在混凝土收漿后，要及時(shí)抹面修整，以提高混凝土表面的密實(shí)性。六.工程實(shí)例由于特殊情況，工程史上曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的混凝土塑性沉落阻滯裂縫事故還很具震撼力，在社會(huì)上、司法界、工程學(xué)術(shù)界掀起過(guò)風(fēng)浪，給人們留下過(guò)深刻的印象，值得介紹。1.大礦倉(cāng)立壁上的沉落阻滯裂縫某大礦倉(cāng)建于20世紀(jì)60年代中期，礦倉(cāng)立壁高達(dá)6.0m，采用高流動(dòng)性的C20混凝土連續(xù)澆筑。就在倉(cāng)頂鎖口梁粗鋼筋的底線下出現(xiàn)了基本上是通長(zhǎng)交圈的水平裂縫，裂縫寬度達(dá)3.0mm以上，讓人們震驚。由于當(dāng)時(shí)正處于“文革”高潮，政治派系斗爭(zhēng)激烈，技術(shù)上的爭(zhēng)論與政治上的分歧交叉出現(xiàn)，使問(wèn)題高度復(fù)雜化，讓社會(huì)關(guān)注，讓工程師們無(wú)奈?；炷恋脑缙谒苄猿谅渥铚芽p2.高立柱上的水平裂縫某教學(xué)大樓有高達(dá)2層的門廊柱一列，施工時(shí)用的是全新的12mm厚竹膠合板作模板，但柱頂梁口部分卻用了8mm以下不等的舊模板搭接，搭接方式自然是板頭對(duì)齊后用外附木枋拍接找平，因而內(nèi)側(cè)形成了臺(tái)階式槎口。為了保護(hù)新模板，也在模板面涂了多遍隔離劑。用的是C20塑性混凝土澆筑，插入式振搗器振搗，一氣呵成，全柱高未留施工縫。拆模后發(fā)現(xiàn)柱身上出現(xiàn)極為整齊劃一的水平裂縫，幾根柱子情況完全一致，毫無(wú)例外。經(jīng)分析，認(rèn)定為模板接口處的箍筋貼近了模板，形成了混凝土的塑性沉落阻滯裂縫。但在大樓的門臉上出現(xiàn)了這種一刀切的可怕裂縫，涉及經(jīng)濟(jì)索賠問(wèn)題，最終引起訴訟糾紛，教訓(xùn)值得吸取。3.高壩壩面上的水平裂縫某混凝土拱壩壩身最高50m，采用C20毛石混凝土，連續(xù)澆筑，毛石分層鋪加，進(jìn)展順利，認(rèn)為施工質(zhì)量良好。但到壩高接近封頂時(shí)，由于壩體厚度減薄，澆筑上升速度相對(duì)加快，而且填筑毛石的數(shù)量(比例)也相對(duì)增加，拆模以后，竟在一層比較貼近模板的毛石底面線以下，形成一條不連續(xù)的水平裂縫。經(jīng)分析，認(rèn)為是塑性沉落阻滯、干毛石吸附、壩面混凝土干縮與氣溫驟降冷縮等多種因素綜合作用所引起的。屬于表層無(wú)害裂縫，事后只作了勾縫嵌補(bǔ)處理?；炷恋脑缙谒苄猿谅渥铚芽p4.核反應(yīng)堆安全殼上的局部水平裂縫高達(dá)數(shù)十米，厚達(dá)1.0m的反應(yīng)堆安全殼，設(shè)計(jì)為安全水準(zhǔn)最高的預(yù)應(yīng)力混凝土，有水平預(yù)應(yīng)力張拉索套管深深埋在混凝土內(nèi)部，還有縱橫交錯(cuò)的粗鋼筋網(wǎng)分布在殼面。但是預(yù)應(yīng)力索的張拉點(diǎn)是集中在附壁柱處的，預(yù)埋的水平預(yù)應(yīng)力索套管在接近張拉壁柱的端部必須向殼面靠近，就有完全貼近模板的可能，因此在張拉索套管的尾端出現(xiàn)局部的混凝土塑性沉落阻滯裂縫幾乎是不可避免的。在人們對(duì)此現(xiàn)象尚未完全理解的情況下，見(jiàn)到了安全殼上的裂縫，自然難免震驚不安。實(shí)際上，只須經(jīng)過(guò)裂縫封閉處理，就可確保安全?；炷恋恼８煽s裂縫一.正常干縮裂縫產(chǎn)生的原因混凝土的正常干縮裂縫是因混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束，混凝土的濕度減小，發(fā)生體積收縮而產(chǎn)生的，這類裂縫常見(jiàn)于大面積混凝土結(jié)構(gòu)中。這種裂縫出現(xiàn)的幾率很高，發(fā)展的延續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，對(duì)于大體積混凝土而言可以延續(xù)到幾年甚至幾十年以后。混凝土正常干縮裂縫不同于混凝土自生收縮裂縫。前者，是由于混凝土與外界之間存在濕度交換，并且，混凝土的干縮是由表面開(kāi)始，逐步向混凝土內(nèi)深入，裂縫的發(fā)展速度取決于混凝土水分的散失速度。而混凝土自生收縮裂縫是由于混凝土內(nèi)部水泥水化的結(jié)果，自生收縮出現(xiàn)時(shí)，混凝土與外界之間無(wú)濕度交換，收縮在混凝土各部位基本上是同步進(jìn)行的，裂縫不僅出現(xiàn)在混凝土表面，混凝土內(nèi)部也產(chǎn)生裂縫。從混凝土材料的性質(zhì)來(lái)看，混凝土具有干縮濕脹的特性。當(dāng)混凝土長(zhǎng)期放置于水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，混凝土?xí)a(chǎn)生微小的體積膨脹；當(dāng)混凝土放置于較干燥的空氣中，由于混凝土內(nèi)部的水分不斷蒸發(fā)散失，混凝土?xí)a(chǎn)生體積收縮。已干燥的混凝土再次吸水濕潤(rùn)時(shí)，原有干縮變形會(huì)部分消失。混凝土的正常干縮裂縫混凝土濕脹是由于混凝土在高濕度的環(huán)境或水中，水泥凝膠體吸水引起的，水分子進(jìn)入水泥凝膠體顆粒之間，破壞了凝膠體之間的凝聚力，迫使凝膠體顆粒進(jìn)一步分離，從而形成膨脹壓力。此外，水的浸入使水泥凝膠體的表面張力減小，因而也使混凝土產(chǎn)生微小的膨脹?；炷恋母煽s變形與混凝土內(nèi)部水的存在形式有關(guān)。一般將內(nèi)部水劃分為可蒸發(fā)水和不可蒸發(fā)水兩類?？烧舭l(fā)水分為毛細(xì)孔水、吸附水、層間水和游離水。不可蒸發(fā)水是指水泥水化后形成的凝膠體中所含的水，即化學(xué)結(jié)合水?；炷粮稍锸湛s