混凝土的开裂与预防PPT课件

1、 已故的中国工程院院士吴中伟先生认为：科已故的中国工程院院士吴中伟先生认为：科学思想分为两大派系，整体（综合）论与还原学思想分为两大派系，整体（综合）论与还原（分解）论，过去整体论用得最普遍（分解）论，过去整体论用得最普遍中医辨中医辨证施治可为一例。近代科研手段精进，还原论用证施治可为一例。近代科研手段精进，还原论用得更为普遍。即将科研对象还原或分解到可能达得更为普遍。即将科研对象还原或分解到可能达到的最小单位，进行具体的量化研究，还原论对到的最小单位，进行具体的量化研究，还原论对当代自然科学与技术科学的发展已产生很大作用，当代自然科学与技术科学的发展已产生很大作用，但缺点是分得愈细，愈易脱离

2、整体和实际，因此但缺点是分得愈细，愈易脱离整体和实际，因此无法从整体来全面有效地解决问题或认识事物的无法从整体来全面有效地解决问题或认识事物的本质。本质。第1页/共103页 实现向整体论的范式转换，在结构实现向整体论的范式转换，在结构设计者、材料工程师和施工人员之间建设计者、材料工程师和施工人员之间建立起比现今要密切得多的工作关系，对立起比现今要密切得多的工作关系，对于控制混凝土结构的开裂是非常必要的于控制混凝土结构的开裂是非常必要的P .K .Mehta and R .W .Burrows. Building Durable Structures in The 21st Century. C

3、oncrete International. March,2001.第2页/共103页v概念一概念一 裂缝是否可以避免？裂缝是否可以避免？v 混凝土体内存在微裂缝是绝对的，不混凝土体内存在微裂缝是绝对的，不可避免的；但表面出现可见裂缝是相对的，可避免的；但表面出现可见裂缝是相对的，是可以避免的。是可以避免的。 第3页/共103页概念二概念二：混凝土开裂是内应力积累的结果混凝土开裂是内应力积累的结果抵抗力下降抵抗力下降 开裂是内应力不断地累积超过了混凝土开裂是内应力不断地累积超过了混凝土抗拉强度（更确切地，是断裂能）的结果；抗拉强度（更确切地，是断裂能）的结果；反之，尽管混凝土表面没有出现可见裂

4、缝，反之，尽管混凝土表面没有出现可见裂缝，体内的拉应力依然存在；体内的拉应力依然存在；或者只是表面裂缝或者只是表面裂缝还不够宽，以致肉眼还观测不到。还不够宽，以致肉眼还观测不到。 因此，不能以表面是否出现可见裂缝，因此，不能以表面是否出现可见裂缝，作为判断技术路线或措施有效与否的依据。作为判断技术路线或措施有效与否的依据。第4页/共103页 二、混凝土为什么会开裂？二、混凝土为什么会开裂？ 第5页/共103页 水泥混凝土易于开裂现象的本质，在于其粒子水泥混凝土易于开裂现象的本质，在于其粒子间的弱物理键作用，使其抗拉强度比抗压强度要小间的弱物理键作用，使其抗拉强度比抗压强度要小一个数量级甚至更多

5、，而其微结构的不均匀性，以一个数量级甚至更多，而其微结构的不均匀性，以及在硬化早期因多方面原因的驱动形成的拉应力，及在硬化早期因多方面原因的驱动形成的拉应力，则进一步使它更易于开裂，以及出现裂缝时间和部则进一步使它更易于开裂，以及出现裂缝时间和部位的随机性。位的随机性。 第6页/共103页拌合物坍落度的变化拌合物坍落度的变化5050年代年代 干硬、插捣干硬、插捣 02 cm6060年代年代 干硬、插捣与低频振捣干硬、插捣与低频振捣 24 cm7070年代年代 塑性、低频振捣塑性、低频振捣 59 cm 8080年代年代 泵送、流态、高频振捣泵送、流态、高频振捣 101020 cm9090年代年代

6、 泵送、自密实泵送、自密实 1625 cm原因一原因一 混凝土拌合物沉降与泌水混凝土拌合物沉降与泌水沉降与泌水沉降与泌水第7页/共103页v易于出现沉降与泌水现象的其他因素：易于出现沉降与泌水现象的其他因素： 早期：低气温季节浇注混凝土；早期：低气温季节浇注混凝土； 矿渣水泥中矿渣的粉磨细度较小；矿渣水泥中矿渣的粉磨细度较小； 近年：近年：外加剂水泥相容性；外加剂水泥相容性； 水泥可溶碱含量过低水泥可溶碱含量过低； 拌合物的保水性。拌合物的保水性。 第8页/共103页v1) 塑性收缩塑性收缩v2) 干湿变形干湿变形v3) 温度变形温度变形v4) 自生变形自生变形第9页/共103页1）塑性收缩塑

7、性收缩 指新拌混凝土浇注后尚在塑性状态发生指新拌混凝土浇注后尚在塑性状态发生的收缩。特点是当表面水分向外蒸发时引起的收缩。特点是当表面水分向外蒸发时引起局部产生应力，因此当蒸发速率大于泌水速局部产生应力，因此当蒸发速率大于泌水速率时，会发生局部的塑性收缩开裂。率时，会发生局部的塑性收缩开裂。 低水灰比（水胶比）混凝土拌合物体内低水灰比（水胶比）混凝土拌合物体内自由水少，水化生成物又迅速填充毛细孔，自由水少，水化生成物又迅速填充毛细孔，阻碍泌水上升，因此表面更易于出现塑性收阻碍泌水上升，因此表面更易于出现塑性收缩开裂。缩开裂。第10页/共103页 硬化混凝土与周围环境存在湿度梯硬化混凝土与周围环

8、境存在湿度梯度，引起水分向外蒸发或吸入，产生体度，引起水分向外蒸发或吸入，产生体积变形的现象。积变形的现象。 第11页/共103页3）温度变形温度变形（热变形）（热变形） 混凝土硬化期间由于水化放热产生温混凝土硬化期间由于水化放热产生温升而膨胀，到达温峰后降温时产生收缩变升而膨胀，到达温峰后降温时产生收缩变形。升温期因混凝土模量还很低，只产生形。升温期因混凝土模量还很低，只产生较小的压应力，且因徐变作用而松弛；降较小的压应力，且因徐变作用而松弛；降温期收缩变形因弹模增长，而松弛作用减温期收缩变形因弹模增长，而松弛作用减小，受约束时形成大得多的拉应力，当超小，受约束时形成大得多的拉应力，当超过抗

9、拉强度（断裂能）时出现开裂。过抗拉强度（断裂能）时出现开裂。第12页/共103页 4）自生变形自生变形 混凝土在没有温度变化，没有和外界混凝土在没有温度变化，没有和外界发生水分交换，也不受力的条件下发生的表发生水分交换，也不受力的条件下发生的表观体积变形称自生变形，自生变形时体积减观体积变形称自生变形，自生变形时体积减小称自生收缩。混凝土发生自生变形的原因，小称自生收缩。混凝土发生自生变形的原因，是由于化学减缩是由于化学减缩水泥（及掺合料）和水水泥（及掺合料）和水发生水化反应绝对体积减小的现象。发生水化反应绝对体积减小的现象。第13页/共103页 收缩应变大小只是导致混凝土开裂的一收缩应变大小

10、只是导致混凝土开裂的一方面原因，另一方面还有混凝土的延伸性方面原因，另一方面还有混凝土的延伸性： 弹性模量弹性模量 弹性模量越小，产生一定量收弹性模量越小，产生一定量收缩引起的弹性拉应力越小；缩引起的弹性拉应力越小； 徐变徐变 徐变越大，应力松弛越显著，残余徐变越大，应力松弛越显著，残余拉应力就越小；拉应力就越小； 抗拉强度抗拉强度 抗拉强度越高，拉应力使材料抗拉强度越高，拉应力使材料开裂的危险越小。开裂的危险越小。原因三原因三 混凝土的延伸性混凝土的延伸性第14页/共103页无松弛作用时出现开裂无松弛作用时出现开裂混凝土的混凝土的抗拉强度抗拉强度开裂延迟开裂延迟应力应力松弛后的实际应力松弛后

11、的实际应力应力松弛应力松弛时间时间收缩应变受约束时收缩应变受约束时产生的弹性拉应力产生的弹性拉应力收缩徐变对混凝收缩徐变对混凝土开裂的影响土开裂的影响 Flash第15页/共103页徐变徐变Gerald Pickett(1942年）说过：年）说过：“在大多数情况下，如果不是因为徐变，在大多数情况下，如果不是因为徐变，混凝土会严重地开裂。混凝土会严重地开裂。Neville (1959年）年）断定：徐变通常与强度相断定：徐变通常与强度相反反强度越高，徐变就越小。强度越高，徐变就越小。 水泥水泥浆体强度越低，徐变能力越大。浆体强度越低，徐变能力越大。第16页/共103页 其中有一个使混凝土结构在早期

12、开裂其中有一个使混凝土结构在早期开裂起主导地位的原因，那就是为满足现代高起主导地位的原因，那就是为满足现代高速施工所采用的高早强水泥及其混凝土拌速施工所采用的高早强水泥及其混凝土拌合物。合物。 P. K. Mehta. Building Durable Structures in The 21st Century. CI. Mar,2001第17页/共103页 早期强度发展快的混凝土，抗拉强度早期强度发展快的混凝土，抗拉强度虽然随抗压强度发展加快而加快，但相对虽然随抗压强度发展加快而加快，但相对幅度较小，而其弹性模量迅速增大，徐变幅度较小，而其弹性模量迅速增大，徐变松弛作用则很快减小，综合效果

13、是其延伸松弛作用则很快减小，综合效果是其延伸性明显地变差。因此，现今使用高活性水性明显地变差。因此，现今使用高活性水泥、水灰比较低，早期强度发展快的混凝泥、水灰比较低，早期强度发展快的混凝土，其自生收缩、温度收缩产生的弹性拉土，其自生收缩、温度收缩产生的弹性拉应力易于超过抗拉强度，很快出现开裂。应力易于超过抗拉强度，很快出现开裂。高早强混凝土的开裂高早强混凝土的开裂洞庭湖桥洞庭湖桥第18页/共103页约束、环境条件影约束、环境条件影响响原因四：原因四： 约束约束第19页/共103页问题问题1：试件和构件里的混凝土差异在哪里？试件和构件里的混凝土差异在哪里？问题问题2：为什么它们开裂：为什么它们

14、开裂 / 不开裂？不开裂？ 一种混凝土在实验室里成型的试一种混凝土在实验室里成型的试件很密实、强度高，可是用它浇注的件很密实、强度高，可是用它浇注的钢筋混凝土构件开裂严重（外观和强钢筋混凝土构件开裂严重（外观和强度都受到影响）；另一混凝土成型的度都受到影响）；另一混凝土成型的试件开裂了，可是用它浇注的钢筋混试件开裂了，可是用它浇注的钢筋混凝土建筑物底板却完好不裂。凝土建筑物底板却完好不裂。第20页/共103页混凝土试件（自由变形）混凝土试件（自由变形）收缩收缩膨胀膨胀 1 2 3强度强度 2 1 3； 抗氯离子渗透性抗氯离子渗透性 2 1 3空白空白 W/C=0.5掺掺SP W/C=0.35掺

15、膨胀剂掺膨胀剂 W/C=0.5第21页/共103页路面板路面板收缩受底部基层强烈的连续约束收缩受底部基层强烈的连续约束柱柱梁收缩受端部约束梁收缩受端部约束梁梁结构混凝土结构混凝土约束约束第22页/共103页 如上所述，结构混凝土出现开裂现象，是多方如上所述，结构混凝土出现开裂现象，是多方面且相互存在显著交叉作用的原因所引起，因此以面且相互存在显著交叉作用的原因所引起，因此以分解论的理念为基础，检测干缩、自生收缩、温升分解论的理念为基础，检测干缩、自生收缩、温升或温差等单一参数，以及它们之间简单叠加的评价或温差等单一参数，以及它们之间简单叠加的评价方法，都难以对其开裂趋势获得符合实际的评价结方法

16、，都难以对其开裂趋势获得符合实际的评价结果。然而，基于混凝土果。然而，基于混凝土开裂是内应力不断地累积超开裂是内应力不断地累积超过了混凝土抗拉强度（更确切地，是断裂能）的结过了混凝土抗拉强度（更确切地，是断裂能）的结果，这种整体论的理念给我们寻求新的、较为合理果，这种整体论的理念给我们寻求新的、较为合理的评价方法，提供了重要的启示。的评价方法，提供了重要的启示。举举 例例第23页/共103页三、混凝土开裂敏感度评价三、混凝土开裂敏感度评价 第24页/共103页第25页/共103页 正确地检测与评价混凝土的正确地检测与评价混凝土的收缩与开裂趋势，是采取措施有效收缩与开裂趋势，是采取措施有效地减少

17、或避免早期开裂的前提。地减少或避免早期开裂的前提。 第26页/共103页 在积累浇注水工大坝这类大体积结在积累浇注水工大坝这类大体积结构混凝土经验的基础上，建立的防止混构混凝土经验的基础上，建立的防止混凝土早期产生开裂的检测与评价方法，凝土早期产生开裂的检测与评价方法，是通过测定水泥水化热、混凝土绝热温是通过测定水泥水化热、混凝土绝热温升等参数以选择原材料、确定配合比，升等参数以选择原材料、确定配合比，并采取预冷拌合物和埋设冷却水管等措并采取预冷拌合物和埋设冷却水管等措施来控制内外允许温差，总之是局限于施来控制内外允许温差，总之是局限于尽量降低最大温升的办法预防开裂。尽量降低最大温升的办法预防

18、开裂。 现行评价方法的局限性现行评价方法的局限性第27页/共103页 实际上并不是温度变化本身造成实际上并不是温度变化本身造成开裂，开裂是由于应力超过材料的强开裂，开裂是由于应力超过材料的强度所引起，因此除温度变化以外，所度所引起，因此除温度变化以外，所有影响应力和强度发展的因素，尤其有影响应力和强度发展的因素，尤其是弹性模量、热膨胀系数以及松弛能是弹性模量、热膨胀系数以及松弛能力，包括它们在初期的变化都必须考力，包括它们在初期的变化都必须考虑在内虑在内。 现行评价方法的局限性现行评价方法的局限性第28页/共103页1. 水泥与混凝土应力环评价开裂趋势水泥与混凝土应力环评价开裂趋势优点：可以反

19、映水泥浆或混凝土在均匀环向约束条件优点：可以反映水泥浆或混凝土在均匀环向约束条件下因收缩变形的开裂敏感性。下因收缩变形的开裂敏感性。第29页/共103页应力环测定开裂趋势设施应力环测定开裂趋势设施第30页/共103页第31页/共103页成型温度成型温度18；24h24h后拆模并在室外负温下放置后拆模并在室外负温下放置 第32页/共103页邯郸水泥邯郸水泥 ；W/C = 0.30净浆；净浆；7d第33页/共103页新发水泥；新发水泥；W/C =0.30净浆；净浆；14d 第34页/共103页应力环评价开裂趋势应力环评价开裂趋势方法的局限性方法的局限性1）主要用于比较在干燥环境中的开裂趋势，主要用

20、于比较在干燥环境中的开裂趋势，不能反映温度变化的影响；不能反映温度变化的影响；2）不能反映早期膨胀差异的影响。）不能反映早期膨胀差异的影响。第35页/共103页2. 单轴约束评价方法单轴约束评价方法 1）开裂试验架（横梁不可调）开裂试验架（横梁不可调）第36页/共103页试件试件应变计应变计绝热模型绝热模型德国德国R. Springenschmid教授开发的开裂试验架教授开发的开裂试验架 第37页/共103页 该装置可以模拟混凝土在初龄该装置可以模拟混凝土在初龄期受约束条件下产生的应力，混凝期受约束条件下产生的应力，混凝土从半液半固态的粘塑性体开始转土从半液半固态的粘塑性体开始转变为粘弹性体过

21、程弹性模量迅速增变为粘弹性体过程弹性模量迅速增长、徐变松弛作用减小都可以得到长、徐变松弛作用减小都可以得到综合地反映。综合地反映。 开裂试验架（开裂试验架（Cracking Frame）第38页/共103页 由于混凝土变形很大程度上被刚性由于混凝土变形很大程度上被刚性的构架所阻止，因此可以定量测得混凝的构架所阻止，因此可以定量测得混凝土的开裂趋势和水泥的开裂敏感性，适土的开裂趋势和水泥的开裂敏感性，适用于为工程选择抗裂性能较好、开裂趋用于为工程选择抗裂性能较好、开裂趋势较小的原材料和配合比，也可以用于势较小的原材料和配合比，也可以用于预测已知结构参数、混凝土材料和浇注预测已知结构参数、混凝土材

22、料和浇注温度等条件时开裂的可能性，因此能够温度等条件时开裂的可能性，因此能够采取必要的防范措施。采取必要的防范措施。开裂试验架（开裂试验架（Cracking Frame）第39页/共103页开裂试验架检测曲线开裂试验架检测曲线温度应力混凝土温度混凝土温度轴向应力轴向应力冷却冷却时间时间时间时间二次零应力二次零应力出现时间出现时间开裂温度开裂温度第40页/共103页可调横梁单轴约束试验装置温度应力试验机可调横梁单轴约束试验装置温度应力试验机第41页/共103页第42页/共103页温度应力试验机温度应力试验机第43页/共103页第44页/共103页第45页/共103页第46页/共103页第47页/

23、共103页第48页/共103页第49页/共103页德国水泥工业研究院的温度应力试验机德国水泥工业研究院的温度应力试验机第50页/共103页挪威技术大学实验室的温度应力试验机挪威技术大学实验室的温度应力试验机第51页/共103页 我所改进的温度我所改进的温度-应力试验机示意图应力试验机示意图第52页/共103页 单轴约束试验方法依然有其局限性，因为实单轴约束试验方法依然有其局限性，因为实际的结构混凝土并非仅受到单一的轴向应力；而际的结构混凝土并非仅受到单一的轴向应力；而且在浇注过程与捣实成型后不可避免地存在沉降、且在浇注过程与捣实成型后不可避免地存在沉降、泌水造成的不匀质性，以及覆盖养护前表面失

24、水泌水造成的不匀质性，以及覆盖养护前表面失水引起的塑性收缩和开裂等一系列不可忽略的影响。引起的塑性收缩和开裂等一系列不可忽略的影响。 由此也可得出：正视一种检测评价方法的局由此也可得出：正视一种检测评价方法的局限性，并区分各影响参数的主次，要远比追求检限性，并区分各影响参数的主次，要远比追求检测精度的提高重要得多。测精度的提高重要得多。第53页/共103页 四、如何预防混凝土开裂？四、如何预防混凝土开裂？ 第54页/共103页 在德国慕尼黑大学将其研究成果应用在德国慕尼黑大学将其研究成果应用于一座大桥近于一座大桥近300m长的桥面板施工时，长的桥面板施工时，由于采取了下面一系列措施，使被称之为

25、由于采取了下面一系列措施，使被称之为“加速试验场加速试验场”（指受到兼具各种严酷条（指受到兼具各种严酷条件作用的结构）的长桥面板连续浇筑后，件作用的结构）的长桥面板连续浇筑后，没有出现任何裂缝。该混凝土设计与浇注没有出现任何裂缝。该混凝土设计与浇注的特点由的特点由Springenschmid汇总如下：汇总如下：第55页/共103页1）用单轴约束试验装置（用单轴约束试验装置（RILEM TC 119方法）选择检测方法）选择检测开裂温度低于开裂温度低于10的水泥。的水泥。2）使用热膨胀系数小的骨料。）使用热膨胀系数小的骨料。3）水泥用量低）水泥用量低 (280kg/m3），加），加60kg/m3粉

26、煤灰。粉煤灰。4） 要求要求90d龄期强度（龄期强度（40MPa），而不是通常的），而不是通常的28d（约为（约为34MPa）。）。5） 混凝土的浇注温度要求在混凝土的浇注温度要求在712之间。之间。6） 在施工期间，用日本在施工期间，用日本Tanabe（1993年）开发的应力计量年）开发的应力计量测初龄混凝土的内应力。测初龄混凝土的内应力。7） 通过混凝土浇注过程的控制，使约束尽量减小。通过混凝土浇注过程的控制，使约束尽量减小。8） 混凝土成型后用湿毛毡覆盖混凝土成型后用湿毛毡覆盖1d，通过水蒸发达到冷却作，通过水蒸发达到冷却作用，然后改用隔热垫覆盖，尽量减小板内的温差。用，然后改用隔热垫覆

27、盖，尽量减小板内的温差。9） 托架用模板是隔热的，以尽量减小白铁皮托架和桥面板托架用模板是隔热的，以尽量减小白铁皮托架和桥面板很厚的中断面间的温差，避免了托架处出现表面裂缝和很厚的中断面间的温差，避免了托架处出现表面裂缝和横向开裂。横向开裂。第56页/共103页 水泥水泥 的抗裂敏感性如何的抗裂敏感性如何？ 当混凝土发生劣化时，通常是责备养当混凝土发生劣化时，通常是责备养护操作、所用骨料、拌合物或者质量控制，护操作、所用骨料、拌合物或者质量控制，而水泥很少受责。很可能是因为同一类型而水泥很少受责。很可能是因为同一类型的水泥，只要通过标准的检验，就认为是的水泥，只要通过标准的检验，就认为是一样的

28、了。然而，不同厂家生产的同类水一样的了。然而，不同厂家生产的同类水泥，延伸性的差异可能很悬殊。泥，延伸性的差异可能很悬殊。 The Visible and Invisible Cracking of Concrete1. 原材料选择原材料选择有利于抗裂性有利于抗裂性第57页/共103页低含碱（低含碱（NaNa2 2O,KO,K2 2O)O)、高含硫酸盐（相对、高含硫酸盐（相对于铝酸盐）且不太细的水泥抗裂性较好于铝酸盐）且不太细的水泥抗裂性较好第58页/共103页 水泥品种对自生收缩值的影响水泥品种对自生收缩值的影响 中热水泥与低热水泥浆的自生收缩中热水泥与低热水泥浆的自生收缩明显低于普通水泥浆

29、体明显低于普通水泥浆体第59页/共103页CEMENT FLY ASH Fineness ( Cm2/g) 2250Fineness ( Cm2/g) 2500Av. Comp. Strength(N/mm2)16-22Lime ReactivityAv. Comp. Strength (N/mm2)4.00Drying Shrinkage(%) Max.( of dry Cement) 1 %Drying Shrinkage(%) Max.0.15 %Soundness by auto clave test expansion ( %) Max.0.8 %Soundness by auto

30、clave test expansion ( %) Max.0.18 %Specific Gravity3.15-2.15摘自印度摘自印度可持续发展与混凝土技术可持续发展与混凝土技术国际研讨会一发言（有关大坝混凝土）国际研讨会一发言（有关大坝混凝土）第60页/共103页水泥种类水泥种类名称名称符号符号组成组成/重量重量%主成分主成分少量成分少量成分熟料熟料混合材混合材CEM 硅酸盐水泥硅酸盐水泥CEM9510005CEM 普硅水泥普硅水泥*CEM/A/A- -809462005CEM/B/B- -6579213505CEM 矿渣水泥矿渣水泥CEM/A/A3564366505CEM/B/B203

31、4668005CEM/C/C519819505CEM 火山灰水泥火山灰水泥CEM/A/A6589113505CEM/B/B4564365505CEM 复合水泥复合水泥CEM/A/A4064各各183005CEM/B/B2038各各315005注：注：*普硅水泥中可以掺高炉矿渣（普硅水泥中可以掺高炉矿渣（S）、硅粉（）、硅粉（SF）、天然火山灰（）、天然火山灰（P）或燃烧灰（）或燃烧灰（Q）、硅质）、硅质与石灰质粉煤灰（与石灰质粉煤灰（FA）、烧页岩灰（）、烧页岩灰（T）、石灰石粉（根据杂质含量分为两种）以及复合等）、石灰石粉（根据杂质含量分为两种）以及复合等9种。种。第61页/共103页1 降

32、低新拌混凝土温度，从降低新拌混凝土温度，从2512 Tc = 1518 K2 采用优质品牌水泥采用优质品牌水泥 Tc可达可达20 K3 石子最大粒径用石子最大粒径用32mm，不用不用8mm： Tc = 510 K4 骨料线胀系数低骨料线胀系数低： Tc可达可达10 K5 掺引气剂（含气量掺引气剂（含气量36%）：）： Tc = 35 K6 用碎石比用卵石用碎石比用卵石： Tc = 35 K7 水泥用量从水泥用量从340kg/m3减为减为280 kg/m3： Tc = 35 K （以粉煤灰等量代替以粉煤灰等量代替）不同因素对开裂温度的影响不同因素对开裂温度的影响第62页/共103页骨料岩种线胀系

33、数的差异骨料岩种线胀系数的差异岩石种类岩石种类 线胀系数线胀系数(10-6/)花岗岩花岗岩 1.8 11.9闪长岩闪长岩 4.1 10.3辉绿岩辉绿岩 3.6 9.7 砂砂 岩岩 4.3 13.9白云岩白云岩 6 6.7 8.6 石灰岩石灰岩 0.9 12.2大理岩大理岩 1.1 16.0第63页/共103页v1）注意注意水泥与外加剂的相容性水泥与外加剂的相容性v2 2）复合大掺量矿物掺和料）复合大掺量矿物掺和料v3 3）添加引气剂、增粘剂）添加引气剂、增粘剂v4 4）选用尽量低的坍落度）选用尽量低的坍落度v5 5）控制粗骨料最大粒径（例如：小于箍）控制粗骨料最大粒径（例如：小于箍筋与模板的间

34、距）筋与模板的间距）v6 6）调节砂率使拌合物粘聚性适宜）调节砂率使拌合物粘聚性适宜第64页/共103页1）合理设计混凝土强度等级、龄期合理设计混凝土强度等级、龄期 改变强度越高越安全的观念，如改变强度越高越安全的观念，如前所述，实际上是强度越高越容易开前所述，实际上是强度越高越容易开裂，在侵蚀环境中越易于出现过早劣裂，在侵蚀环境中越易于出现过早劣化的问题。化的问题。洞庭湖大桥洞庭湖大桥第65页/共103页两道安全线，防止过多用水泥、两道安全线，防止过多用水泥、过高的早期强度（德国）过高的早期强度（德国）1） 第一条新德国铁路的隧道衬砌曾严重地第一条新德国铁路的隧道衬砌曾严重地开裂，那时要求开

35、裂，那时要求10h强度不低于强度不低于12MPa；后；后来规定：以隔热的立方模型浇注的试件来规定：以隔热的立方模型浇注的试件12h最高强度为最高强度为6MPa；如果超过了，就要用粉；如果超过了，就要用粉煤灰代替更多的水泥；煤灰代替更多的水泥；2）为避免过高的早期强度，试件在）为避免过高的早期强度，试件在56d龄期龄期才试验。才试验。 The Visible and Invisible Cracking of Concrete第66页/共103页德国的桥面板为何不开裂？德国的桥面板为何不开裂？1）典型的典型的水泥用量为水泥用量为215kg/m3、粉煤灰、粉煤灰45kg/m3（美国科罗拉多桥面板水

36、泥用（美国科罗拉多桥面板水泥用343kg/m3，28d28d因温缩和自缩开裂，以后因干因温缩和自缩开裂，以后因干缩裂缝更增多）；缩裂缝更增多）；2 2）重要工程通过开裂试验架选用低裂水泥；）重要工程通过开裂试验架选用低裂水泥；3 3）对重要的桥面板，限制混凝土浇注温度低）对重要的桥面板，限制混凝土浇注温度低于于1212； The Visible and Invisible Cracking of Concrete第67页/共103页 现行混凝土强度检测评价方法，是现行混凝土强度检测评价方法，是以实验室条件下成型的试件，放置在标以实验室条件下成型的试件，放置在标准养护室内或构件旁养护至规定龄期。

37、准养护室内或构件旁养护至规定龄期。这种方式在现今水泥活性越来越高、用这种方式在现今水泥活性越来越高、用量越来越大，断面尺寸虽不很大构件混量越来越大，断面尺寸虽不很大构件混凝土的强度，与小试件的差异也就越来凝土的强度，与小试件的差异也就越来越显著。越显著。混凝土强度发展速率评价混凝土强度发展速率评价第68页/共103页30 20水化速率水化速率加快加快1倍倍40 水化速率水化速率加快加快2.4倍倍第69页/共103页温度匹配养护温度匹配养护 Temperature Match CuringTt构件构件试件试件加热装置加热装置第70页/共103页 图3-48 2.5 m厚混凝土中点温度的变化Bam

38、forth的实验（厚的实验（厚2.5m结构物中部的温度变化）结构物中部的温度变化）70%硅酸盐水泥硅酸盐水泥+30%粉煤灰粉煤灰100%硅酸盐水泥硅酸盐水泥25%硅酸盐水泥硅酸盐水泥+75%磨细矿渣磨细矿渣第71页/共103页硅酸盐水泥硅酸盐水泥水泥水泥/ /矿渣矿渣水泥水泥/ /粉煤灰粉煤灰水泥水泥/ /粉煤灰粉煤灰水泥水泥/ /矿渣矿渣硅酸盐水泥硅酸盐水泥龄期龄期第72页/共103页 不合理的配合比设计方法，是大掺量不合理的配合比设计方法，是大掺量矿物掺和料混凝土难以广泛应用的另一重矿物掺和料混凝土难以广泛应用的另一重要技术障碍。要技术障碍。 混凝土配合比设计及时随条件变化进混凝土配合比设

39、计及时随条件变化进行调整。行调整。现代混凝土设计理念与实践现代混凝土设计理念与实践第73页/共103页 现用纤维的主要品种及其性能现用纤维的主要品种及其性能 品品 种种 弹性模量弹性模量(GPa) 抗拉强度抗拉强度(MPa) 密度密度(g/cm)聚丙烯纤维聚丙烯纤维 3.5 300700 0.9 钢纤维钢纤维 200 10002000 7.8 玻璃纤维玻璃纤维 7690 30005000 2.52.6 玄武岩纤维玄武岩纤维 8090 30005000 2.53.0 混凝土混凝土 2040 35 2.4第74页/共103页1）聚丙烯纤维的弹模显著低于混凝土，因）聚丙烯纤维的弹模显著低于混凝土，因

40、此一般公认它主要能提高抗塑性收缩开裂此一般公认它主要能提高抗塑性收缩开裂能力，适用于现浇楼板等水平板构件；能力，适用于现浇楼板等水平板构件；2）由于结构混凝土开裂原因复杂，还缺乏）由于结构混凝土开裂原因复杂，还缺乏可靠的评价纤维改善抗裂性试验方法，因可靠的评价纤维改善抗裂性试验方法，因此新型纤维，例如玄武岩纤维改善混凝土此新型纤维，例如玄武岩纤维改善混凝土抗裂性效果和程度尚不清楚；抗裂性效果和程度尚不清楚；3）纤维材料与混凝土基体的界面对其改善）纤维材料与混凝土基体的界面对其改善抗裂性能的影响显著。抗裂性能的影响显著。第75页/共103页钢纤维钢纤维双膜双膜氢氧化钙氢氧化钙水泥浆本体水泥浆本体

41、多孔层多孔层FRC第76页/共103页第77页/共103页第78页/共103页活性粉末混凝土物理力学性能活性粉末混凝土物理力学性能 RPC200 RPC800 HSC凝结期间加压凝结期间加压 不加不加 1050MPa加热养护加热养护 2090 250400抗压强度抗压强度MPa 170230 500800 60100抗折强度抗折强度MPa 3060 45140 6 10 断裂能断裂能J/m2 (24)104 (0.124)104 140 弹性模量弹性模量Gpa 5060 6575 透气性透气性m2 2.5 10-18 120 10-18 氯离子扩散系数氯离子扩散系数m2/s 10-14 5 1

42、0-12 第79页/共103页第80页/共103页1）浇注顺序与预热）浇注顺序与预热2）冷却）冷却3）外养护）外养护4）拆模时间）拆模时间第81页/共103页 施工中的施工中的resund隧道隧道 瑞典瑞典丹麦丹麦第82页/共103页底板和侧壁分别浇注底板和侧壁分别浇注 底板和侧壁同时浇注底板和侧壁同时浇注 第83页/共103页给结构加热以避免温差给结构加热以避免温差图示表明浇注在加热底板上方壁板的温度发展图示表明浇注在加热底板上方壁板的温度发展底板预热底板预热底板不预热底板不预热浇注侧壁浇注侧壁侧壁侧壁预预热热期期加热加热第84页/共103页已浇注数周混凝土底板已浇注数周混凝土底板新浇混凝新

43、浇混凝土壁板土壁板冷却管冷却管管间距为管间距为4001000mm，取决，取决结构类型和所结构类型和所用水泥。厚度用水泥。厚度超过超过800mm时时需要两至三排需要两至三排冷却管。冷却管。第85页/共103页 荷兰荷兰Westerschelde 隧道的侧壁施工埋设冷却管隧道的侧壁施工埋设冷却管(直径直径30mm的钢管或塑料管），混凝土拌和后的钢管或塑料管），混凝土拌和后4060 hr开始通冷水。开始通冷水。冷却冷却第86页/共103页采取了冷却措施的侧壁因温差产生的应力和强度采取了冷却措施的侧壁因温差产生的应力和强度冷却方式：降低拌和水温；搅拌时加干冰冷却骨料（注意冷却方式：降低拌和水温；搅拌时

44、加干冰冷却骨料（注意加其他组分前干冰要已经全部化解）。加其他组分前干冰要已经全部化解）。第87页/共103页没有采取冷却措施的结构因温差产生的拉应力没有采取冷却措施的结构因温差产生的拉应力第88页/共103页没有做隔热保温没有做隔热保温做隔热保温做隔热保温应力应力强度强度1.5m厚厚 压压 拉拉 压压 拉拉混凝土板混凝土板第89页/共103页养护养护方法方法预防塑性收缩裂缝预防塑性收缩裂缝 构件种类：构件种类：v水平板水平板（上表面暴露面积大）（上表面暴露面积大） 表面蒸发表面蒸发及早覆盖及早覆盖 薄板（如楼板）薄板（如楼板） 塑料膜布覆盖塑料膜布覆盖 厚板（如底板）厚板（如底板） 升温阶段（

45、覆盖草袋、麻袋并喷升温阶段（覆盖草袋、麻袋并喷雾以降低温峰）雾以降低温峰） 降温阶段（撤掉草袋、麻袋并覆降温阶段（撤掉草袋、麻袋并覆盖塑料膜布保温）盖塑料膜布保温）v壁板、梁、厚板侧面等壁板、梁、厚板侧面等）沉降、泌水沉降、泌水第90页/共103页v在低温季节施工时，出于混凝土体内外温差超在低温季节施工时，出于混凝土体内外温差超过过25就可能会出现开裂的担心，就可能会出现开裂的担心，长期以来普长期以来普遍采取的方法是混凝土浇注后立即覆盖保温养遍采取的方法是混凝土浇注后立即覆盖保温养护，这也是水工大坝混凝土施工一向使用的方护，这也是水工大坝混凝土施工一向使用的方法。这种方法很适宜于水工混凝土，是

46、因为它法。这种方法很适宜于水工混凝土，是因为它的设计强度等级低、龄期长、单位水泥用量少，的设计强度等级低、龄期长、单位水泥用量少，通常使用的中热水泥水化热也小，混凝土凝固通常使用的中热水泥水化热也小，混凝土凝固时间长，尤其在低温季节。但是对于现今工民时间长，尤其在低温季节。但是对于现今工民建所使用的混凝土而言，尤其是近些年来水泥建所使用的混凝土而言，尤其是近些年来水泥的活性越来越高、粉磨细度越来越大的现状，的活性越来越高、粉磨细度越来越大的现状，这种方法就不适宜了。这种方法就不适宜了。 第91页/共103页v原因是目前体积不很大的一般混凝土浇注，温原因是目前体积不很大的一般混凝土浇注，温度应力

47、也已成为需要控制，以便减少开裂风险度应力也已成为需要控制，以便减少开裂风险的问题。而这类混凝土浇注后的温度梯度显然的问题。而这类混凝土浇注后的温度梯度显然要远大于大坝混凝土，所以限制温峰成为更加要远大于大坝混凝土，所以限制温峰成为更加尖锐的问题。尖锐的问题。v因此在混凝土浇注后，采取多层覆盖养护保温因此在混凝土浇注后，采取多层覆盖养护保温措施，进一步提高了温峰，不仅增加养护费用，措施，进一步提高了温峰，不仅增加养护费用，而且加剧了降温阶段养护工作的难度。而且加剧了降温阶段养护工作的难度。 第92页/共103页草袋草袋黑色塑料膜黑色塑料膜无纺布化纤毡无纺布化纤毡透明塑料膜透明塑料膜混凝土混凝土某

48、工程混凝土浇注后进行多层保温覆盖的做法某工程混凝土浇注后进行多层保温覆盖的做法38.2m冷却水管冷却水管第93页/共103页第94页/共103页v德国慕尼黑技术大学提出：在混凝土刚浇德国慕尼黑技术大学提出：在混凝土刚浇注后的升温阶段，覆盖麻袋或草袋并向上注后的升温阶段，覆盖麻袋或草袋并向上喷雾，通过水分蒸发带走部分热量，使混喷雾，通过水分蒸发带走部分热量，使混凝土温峰尽量降低，直到测温表明混凝土凝土温峰尽量降低，直到测温表明混凝土开始降温时，再撤掉麻袋或草袋并覆盖塑开始降温时，再撤掉麻袋或草袋并覆盖塑料膜进行保温养护，可以取得更好的效果料膜进行保温养护，可以取得更好的效果和较低的费用。和较低的

49、费用。v避免混凝土早期热裂缝避免混凝土早期热裂缝 1998年出版年出版第95页/共103页v混凝土表层受压混凝土表层受压(2m厚混凝土墙壁，平均温升厚混凝土墙壁，平均温升25；最大温差最大温差2020；水泥用量；水泥用量315kg/m315kg/m3 3;W/C=0.5);W/C=0.5)受压受压受拉受拉表层混凝土抗拉强度表层混凝土抗拉强度表面表面中心中心第96页/共103页v1）它表明：混凝土中心和表面的温差）它表明：混凝土中心和表面的温差T (T (Tc-Ts)Tc-Ts)大小与应力发展没有密切关系大小与应力发展没有密切关系;当当T T到到达峰值时，开裂的危险阶段已经过去；降温阶达峰值时，开裂的危险阶段已经过去；降温阶段当段当T T还在还在5050峰值时，表面