《混凝土结构裂缝原因及控制措施8300字（论文）》

混凝土结构裂缝原因及控制措施目录TOC\o"1-3"\h\u93771建筑混凝土结构相关概念概述 1211341.1混凝土结构概述 136301.1.1混凝土结构 1217061.1.2混凝土结构与强度等级 1305771.2混凝土材料 1172091.2.1水泥 1161571.2.2骨料 2323621.2.3外加剂和矿物掺合料 2300841.3环境对混凝土结构的影响 2182801.3.1环境温度 2270331.3.2环境相对湿度 2171781.3.3氯盐 280081.3.4硫酸盐 355991.4混凝土结构裂缝的概念与裂缝控制的定义 32951.2.1混凝土结构裂缝的概念 3166031.2.2混凝土结构裂缝破坏的机理 3289381.2.3混凝土结构裂缝的常见形式 3304091.2.4裂缝控制的定义 4138422混凝土结构裂缝产生的危害 431602.1结构承载力 4317682.2耐久性的影响 421282.3影响结构封闭性 5306412.4对建筑物使用功能的影响 5148763混凝土结构裂缝产生的原因 569463.1材料质量 5126523.2地基变形 5276283.2施工技术 520513.4结构荷载 6178944XX地铁工程抗裂混凝土技术研究与应用 6140724.1项目概况 6327654.2试验研究 7150864.2.1混凝土原材料 7184454.2.2混凝土配合比及其主要性能 999955结束语 1130324参考文献 12混凝土是最重要的建筑材料之一。它是一种人造石头，由含有水泥的材料、粒状添加剂（也称为添加剂）、水和适当的添加混合物以及均匀搅拌、压实、成型的混合物制成，由于原材料丰富、价格低廉、生产工艺简单、耐压性高、耐久性好等特点，混凝土材料得到了广泛的应用。混凝土施工也已成为投资项目中最常用的施工形式之一。混凝土不仅用于各种深海建筑，还用于造船、工程和海洋开发。混凝土也是地热和其他领域的重要材料。增强型混凝土结构结合了混凝土材料和钢材的优点，从1998年到2010年，世界水泥、钢铁和二氧化碳年产量的比例逐年上升，特别是钢铁年产量，2009年世界水泥和钢铁年产量约为1998年的3倍和1.6倍，而从1998年到2010年，全球二氧化碳排放量呈抛物线变化，从以上分析可以看出，中国建筑业投资增长速度快于世界，环境负担随着大量资源和能源的消耗而增加。1建筑混凝土结构相关概念概述1.1混凝土结构概述1.1.1混凝土结构混凝土结构是一种具有优良耐久性的结构体系。然而，由于混凝土的非均质性和抗拉强度低，加之混凝土的收缩、膨胀、徐变等特性，在现场施工中，由于准备不足，混凝土结构经常出现裂缝。由于使用不当或严格控制施工过程，损坏结构，妨碍建筑物正常使用，某些裂缝可能造成结构危害，最严重的可能导致建筑物倒塌和损坏。1.1.2混凝土结构与强度等级在水平工程结构中（如梁、板、墙等），最好采用中下级混凝土强度等级（C25-C35），后期强度为R60。由于混凝土的快速发展，对其操作性和流动性提出了要求。水灰比例和崩塌度增加，水泥用量、水泥显示量、水少变化促进剂等外协剂的增加，采用混凝土收缩和混凝土对氢化热的影响较早的成品工程结构和中低强度的低等级混凝土延长收缩时间。这些被很多人验证了。延展性决定了控制混凝土内部阻力的间隙。水泥用量过多，标签过大，耐压性显著提高，但对延展性没有太大影响。1.2混凝土材料1.2.1水泥混凝土的质量验收习惯是以强度为单一指标，提高水泥强度。特别是初期强度在水泥行业主要是增加成熟剂C3S和C3A的含量，增加水泥面积的措施。但是，C3S含量过高的话，水泥的浆糊化所导致的氢氧化钙也会增加，后期纸浆强度会下降。水泥颗粒的过度细化导致泥硬化后孔结构的变化，加剧了混凝土孔的凝固，对水泥混凝土结构的耐久性有很大影响。1.2.2骨料在混凝土原料中，人们长期只注重水泥质量而忽略了砾石的质量，导致实际混凝土砾石一般难以实现连续分级，依靠增加减水剂用量满足混合工作这不仅增加了成本，而且降低了混凝土弹性模块量，增加了收缩。如果集材表面附着有害杂质，会阻碍水泥和骨料之间的界面粘结，影响混凝土强度。另外，为了避免碱簇反应，需要控制聚类碱活性指数。1.2.3外加剂和矿物掺合料在将外协剂混入混凝土中时，必须满足相应的技术标准。否则，混凝土的耐久性很容易发生问题。例如，加入引气剂可以提高混凝土的抗渗透性，但用量适当。使用量太小，混凝土太少，提高耐久性的作用太少。含量过多的话，混凝土的强度反而会下降，影响耐久性。近年来，随着混凝土外协的研究的深入，混凝土和混凝土的兼容性使得混凝土的耐久性越来越受到重视。外协剂一般对混凝土性能起到积极作用，不仅可以节约水泥，更重要的是改善橡胶冷凝材料的成分，降低混凝土的空隙率。特别是活性掺杂剂含有很多活性氧化硅，与氢氧化钙和高碱硅酸钙水合物反应生成强度和稳定性较高的碱硅酸钙水合物。1.3环境对混凝土结构的影响影响环境的具体结构，包括环境气候条件和环境介质，环境介质里包括氯化物、硫酸盐等，混凝土结构的耐久性应考虑这两种类型。1.3.1环境温度大气环境下的混凝土结构通常受碳化影响较大，温度对碳化过程影响较大。在相同的CO2浓度和相对湿度条件下，随着温度的升高，CO2的扩散速度加快，混凝土的碳化过程也随之加速。温度越低，发生冻融循环，同时在混凝土冻融循环的结构中发生越多，对结构的破坏就越大。沿海地区的混凝土结构主要受氯离子侵蚀破坏，高温可提高氯离子扩散能力。BaCCay和Otsuki的研究证实，钢筋腐蚀速率的自然对数与绝对温度的倒数线性相关。1.3.2环境相对湿度环境湿度对混凝土碳化有重要影响。一方面，CO2的扩散速率受含水量的影响。在硫酸盐侵蚀环境中，混凝土膨胀的干湿循环形成的结晶裂缝加速了硫酸盐侵蚀。1.3.3氯盐氯离子侵蚀腐蚀是海上混凝土结构破坏的主要原因。混凝土属于高碱环境。只有氯离子达到一定浓度的话腐蚀就会变强。相关研究表明，当与Cl-OH-的比率大于0.61时，钢材开始腐蚀，并确定临界值。因此，混凝土外部环境中氯离子的含量必须尽量减少。1.3.4硫酸盐硫酸盐浸入混凝土中，形成石膏、钙、氧化铝等膨胀性物质膨胀产生的裂缝，同时有助于含有侵蚀性离子的水分渗透，进而加速混凝土的变质。另一方面，也可以溶解或分解硬化水泥石CH、C-S-H等成分，造成混凝土强度和粘合性能的损失。1.4混凝土结构裂缝的概念与裂缝控制的定义1.4.1混凝土结构裂缝的概念混凝土工程中的裂缝是普遍存在的问题。在工程领域有一些裂缝可能危及结构的安全。结构的损伤常常从间隙开始。被称为结构破坏预兆的混凝土间隙，主要是负荷造成的间隙。由于变形引起的混凝土结构裂缝降低了混凝土的强度，损害了钢筋的锈蚀、结构的耐久性，保护面掉落，结构缩小，是使用市场的罪魁祸首。另外，由于结合作用、膨胀反应、冻结融化的间隙等原因，这些沉重的混凝土结构的缝隙不仅影响美观，还给人们带来巨大的心理压力，对整个建筑的美观产生了巨大的影响。裂缝产生的原因是在微观和宏观方面有一定的复杂度，同时也有相当大的动态变化性，混凝土的间隙作为不能倒塌的工程技术专家的技术难点时日已久。1.4.2混凝土结构裂缝破坏的机理混凝土结构的裂缝宽度超过规定值，深度和长度就足够大，破坏了钢筋保护层，最终导致钢筋腐蚀，一旦发生钢筋生锈，体积进一步扩大，混凝土结构的裂缝扩大，最终形成恶性循环。钢筋加冕除影响钢筋和混凝土的连接外，还会减小钢筋的受拉面积，特别是相对表面积大、截面积小的高强度钢丝，如果混凝土结构中的裂缝不能长期有效处理，混凝土构件的承载能力将逐渐丧失，一些腐蚀性介质如氯化物和硫酸盐将进入混凝土，使混凝土的抗冻性大大降低，供水问题将变得十分突出，最终将对整个建筑的耐久性产生重要影响。1.4.3混凝土结构裂缝的常见形式混凝土结构在发生部位的裂缝一般分为以下几种形式：45°C角裂缝（最常见于内外墙楼板的四个角），线管布置裂缝（通常通过连接器造成较大危险），楼板表面出现裂缝，平行于地板两侧的裂缝。此外，不规则楼板在阴阳角和钢筋混凝土楼板的钢筋方向都有裂缝。由于裂缝的原因，可分为结构、收缩、温度和结构四类。根据裂缝的发生时间，分为早期、中期、后期三种。收缩裂缝是早期最常见的。这种裂缝多发生在结构构件铺设后3-4周内。典型的中间裂缝是结构的裂缝。裂缝通常需要半年后才能形成结构。温度的裂缝、结构的裂缝是后期的裂缝，一般在结构的构件建成后会发生1-2年。由于泵送商品混凝土应用广泛，在混凝土初凝阶段常出现板坯裂缝。焊缝宽度通常在1毫米左右，从上到下的通道。完全是由于商品混凝土生产过程中添加剂和水粉过多使用所致。这主要是由于比例过高、维修措施不正常等原因。还有收缩裂缝和结构裂缝，在结构构件没有外部荷载的情况下发生，一年多不发育。在实践中，大多数裂缝不能明确分类，它们的出现可能是一个或多个影响因素的结果。1.4.4裂缝控制的定义混凝土结构的裂缝是一般技术问题，结构的破坏和崩溃常常是由于裂缝。大地震在道路和建筑物中有各种各样的裂缝。这就是为什么人们经常感到害怕破坏裂缝。事实上，结构的破坏首先是裂缝的发展。结构中的间隙将导致泄漏和耐久性损失，例如保护层的情况、钢筋的腐蚀、混凝土的氧化等。因此，一般做法、许多检查规则和许多施工现场不得在结构中产生裂缝。然而，通过仔细观察和研究或许多技术实践经验，现代科学发现结构中仍然会有裂缝。人们可以了解原材料中裂纹的性质。虽然裂缝是结构的一些弱点，但物理力学表明，没有坏处的裂缝也是合理的，不需要为非常规的裂缝支付巨大的费用。对混凝土缝隙的要求太多。将缝隙控制在安全区域是科学的。2混凝土结构裂缝产生的危害2.1结构承载力混凝土结构破裂后，拉伸区的混凝土将从加工零件中拔出，并从钢材中拔出。同时，混凝土的断裂降低了刚度和抗剪强度，降低了其承载力，影响了其正常使用。2.2耐久性的影响一旦混凝土混合材料出现的裂痕并不宽的时候，一般是不会影响其负载能力和具体使用的。可是，出现裂痕的混凝土复合材料渗透特性会有所增强，使得部分有危害的东西渗入到混凝土复合材料之中，对于钢筋造成极大的腐蚀和加速混凝土的碳化反应，最终使得混凝土复合材料结构耐久性降低许多。2.3影响结构封闭性对几个混凝土有封闭的要求。例如，水利建筑、核电站、疫苗训练现场等，需要更好的密封。混凝土破碎后，密封不良，结构不能正常使用，严重影响生命财产安全。2.4对建筑物使用功能的影响裂缝的产生对某些建筑物的正常功造成影响，影响裂缝渗水后的使用，如游泳池，水塔等结构物有不利影响；对于一些建筑物要求密闭的场合，如核电站等建筑物出现裂缝时，会导致密闭使用的减少，甚至威胁到人们的生命安全。除上述主要危害外，在寒冷地区的冬季，一旦水渗入裂缝，混凝土复合材料就会发生冻胀，导致混凝土基本结构受损。混凝土构件在加载过程中会产生许多微裂缝。这些裂纹不影响轴承的结构和正常使用，因此很难发现。但是已经很久了。这些裂缝将导致混凝土的结构疲劳。最后，混凝土结构的破坏也可能导致有机结构的审美和心理不安全。3混凝土结构裂缝产生的原因混凝土是拉伸能力低的脆性施工材料，在一般的工业建筑改造项目中，施工部门将应用于施工阶段及后续项目。建筑物本身的温度发生了很大的变化，地基不均匀下沉，发生轧制振动的话，会产生裂缝问题。近年来，中国的建筑技术、建筑材料、施工技术、试验测量措施全面发展，更注重混凝土的物理性能和化学性能的优化。例如，由于“AAR”的碱骨材反应和化学介质的侵蚀作用，混凝土结构会早期产生裂缝，混凝土本身的强度值会下降。3.1材料质量工业混凝土结构中选用的低质量水泥和砂岩将导致混凝土结构出现裂缝。这种建筑原料质量不理想，难以保证工程质量。因此，建筑服务部门必须控制建材质量，控制混凝土结构裂缝，提高工程施工质量。3.2地基变形在混凝土结构的工业施工中，非均匀沉降是造成混凝土结构断裂的主要原因。特别是裂缝的形状、大小和方向对基底变形有很大的影响.其中，导致开裂的地基变形应力相对较高，导致裂缝大多是贯穿的。3.2施工技术在施工技术上，许多环节的操作也能对混凝土结构施工的裂缝产生很大的影响。其中水泥石、水分蒸发快、混凝土干燥是诱导混凝土发生的重要原因。混凝土建筑材料属于人类造型混合材料，其综合质量是混凝土施工后均匀性和总密度的重要标志。因为混凝土在混合作业中，运输联动、铸造施工、振动密封等所有工序都很重要，以及结构裂缝刺激了重要的原因.其中，模板整体结构不合理，造成砂浆渗漏、支承刚度不足、模压变形等。施工阶段由于钢筋表面污染程度不同，混凝土保护较少，在铺设过程中与钢筋发生碰撞时会产生裂缝。混凝土养护工作与裂缝的形成和拉伸密切相关，其中早期养护具有重要意义，早期保持表层高温会导致混凝土内外温度较高，并引起裂缝。3.4结构荷载裂缝大多是由于结构荷载引起的，无论是在施工过程中还是在随后的工程应用中都可能发生。如早期施工过程中振动高、模型拆卸时间不合理、模型运行不规则、构件任意堆放等，悬挂点在铺设过程中的位置、过载施工、拉伸应力等都会引起裂缝。从工业混凝土结构裂缝现状看，在混凝土板、混凝土梁等弯曲结构中，负载中会出现各种形状的裂缝。普通混凝土结构承受了30%至40%的设计载荷，形成了无法通过肉眼观察到的裂缝。在大多数情况下，它们的结构在断裂时的极限荷载是设计荷载的1.5倍。在正常条件下，施工过程中的混凝土结构可采用无害裂缝施工，符合混凝土设计规范，合理设定最大裂纹宽度，主要为0.2-0.3毫米.部分施工裂缝超过规定值或部分不允许结构出现裂缝，或者一些不允许开裂的构件出现裂纹是有害的，施工部门必须进行深入分析，进行针对性处理。4XX地铁工程抗裂混凝土技术研究与应用4.1项目概况XX地铁1号线巨康路站位于新开北路与规划中的恒逸路交叉口。沿新开北路南北方向铺设。为地下二层岛式站台。车站净长291.5m，净宽18.30~29.75m，标准断面基坑开挖深度16.65~18.78m，南、北端井开挖深度20.78m、18.31m分别。总体布局如图1所示。图1居康路站根据现行工程实践，地下混凝土结构断层较为普遍，而施工期裂缝占裂缝总数的80%以上.地铁工程亦是如此，特别是地下车站的基本结构受大截面、体积大等因素影响，超长结构形式和施工工艺，与车站辅助结构、区间隧道二次衬砌（厚度、分段长度、截面尺寸等大大小于基站的基本结构），混凝土在施工阶段由于温度的原因较轻，由于这类因素的综合作用，作为一种收缩和约束，形成了一种危险的裂缝。这些裂缝通常短期内不影响结构承载力,但长期来看,会加速地下水和有害介质的侵入,影响结构使用功能的同时,增加钢筋锈蚀风险,降低结构耐久性和使用寿命,造成严重的社会和经济效益损失。有鉴于此,XX地铁工程从建设伊始,就非常注重地下车站主体结构的抗裂防渗。在吸收近年来大量研究成果与工程实践经验的基础上，从材料及施工工艺角度提出了一系列措施,尤其是应用温度场与膨胀历程双重调控技术制备抗裂混凝土,可有效降低实体结构温升与温降收缩、自收缩,从而显著提升其抗裂性能。该技术首先在1号线居康路站进行了试点应用,取得了良好效果,对后续XX地铁工程建设具有重要的借鉴意义。4.2试验研究4.2.1混凝土原材料该水泥由海螺P·II52.5硅酸盐水泥制成，其主要性能如表1所示，符合GB175-2007普通硅酸盐水泥的要求；使用第二类华能发电厂F类粉末灰的灰符合表2所列GB/T1596-2017的相关要求；粉末矿石适用于沙钢C95级粉末，其主要性能如表3所示，符合GB/T18046-2017“水泥和混凝土高炉颗粒渣”要求；甘津用砂，薄模量2.8，表观密度2640kg/m3，含2.4%，粘土含量0.7%，符合GB/T14684-2011“建筑砂”要求；双级砾石5~10mm和10~31.5mm石灰石碎石，表观密度2760kg/m3，填充率45%，为满足GB/T14685-2011“建筑石”的相关规定；扬水机采用江苏苏博新材料有限公司生产的PCA-I聚碳酸酯高性能防水材料，降水率22%，收缩率28D约94%，符合GB8076-2008《混凝土添加剂》、GB50119-2013《混凝土添加剂应用技术规范》及相关环保法规。表1试验用水泥性能指标表现密度/（g·cm-3）比表面积/（m2·kg-1）标准稠度用水量/%凝结时间/min抗压强度/MPa抗折强度/MPa初凝终凝3d28d3d28d3.1236520.216125531.457.74.98.0表2试验用粉煤灰性能指标细度(45um方孔筛筛余)/%烧失量/%SO3含量/%需水量比/%游离氧化钙/%表观密度/(g·cm-3)强度活性指数/%12.34.821.031010.422.2879表3试验用矿粉性能指标表观密度/（g·cm-3）比表面积/(m2·kg-1)活性指数/%流动度比/%初凝时间比/%SO3含量（质量分数）/%7d28d2.8541472101971722.05既有工程调研结果表明,由于外约束较强,地铁车站主体结构侧墙、顶板早期收缩开裂情况远多于底板,因此在本工程地下车站开裂风险较高的侧墙、顶板结构中应用了水泥水化放热调控及复合膨胀补偿收缩技术,其中水泥水化放热调控技术在放热总量不变的情况下,通过减小水泥水化放热速率,以降低一定散热条件下结构混凝土的温度峰值,达到温峰所用的时间延长,温峰后的温降速率也同样变慢;复合膨胀技术通过将氧化钙、氧化镁等不同膨胀特性的材料有机组合,匹配实体结构混凝土水化、温度与变形历程,降低混凝土收缩变形及其引起的拉应力与开裂风险。实践证明,这一双重调控技术可有效控制超长结构混凝土早期收缩开裂,基于该技术思路制备的混凝土抗裂剂主要性能指标及其测试方法如表4所示。表4混凝土抗裂剂性能指标及其测试方法项目细度1.18mm筛筛余/%抗压强度/MPa限制膨胀率/%初凝后水泥水化放热量比/%7d28d水中7d空中21d60℃水中28d与3d差值24h7d性能指标测试标准≤0.5≥22.5≥42.5≥0.0.5≥0≥0.020≤50≥85GB/T1345GB/T17671GB23439GB/T129594.2.2混凝土配合比及其主要性能XX轨道交通1号线居康路站主体结构混凝土设计强度等级为C35P8,在优选原材料基础上,设计工程使用的混凝土配合比。大量研究结果表明,少量矿粉的掺入不降低水泥早期水化放热速率和放热总量,且会增大混凝土自收缩。因此,综合考虑技术与经济效益,对于开裂风险相对较低的地铁车站主体结构底板混凝土,双掺了15%的矿粉和21%的粉煤灰,不掺入混凝土抗裂剂;对于开裂风险较高的侧墙和顶板结构混凝土,则在单掺28%的粉煤灰同时,掺入了8%的混凝土抗裂剂,最终得到的地下车站主体结构底板、侧墙和顶板混凝土配合比如表5所示。表5地下车站主体结构混凝土试验配合比部位水水泥粉煤灰矿粉砂石子混凝土抗裂剂减水剂5-10mm10-31.5mm底板156250825872976532805.85侧墙、顶板1562501090729765328315.85采用如表5所示的配合比,试验研究了地下车站主体结构底板、侧墙和顶板混凝土的早期绝热温升和自生体积变形,试验结果如图2和图3所示。由图1可见,侧墙、顶板混凝土的7d绝热温升值约44.2℃,较底板混凝土降低了约3.8℃,且前者早期温升速率同样得到了显著抑制,1d绝热温升值只有约21.9℃,占7d值比例不足50%,可充分利用实体结构散热条件,降低其早期温升与温度峰值。由图2可见,采用GB/T50082—2009中的非接触法进行测试,侧墙、顶板混凝土7d和28d自生体积应变分别约220×10-6和214×10-6,而底板混凝土同期值则分别约-123×10-6和-162×10-6,可见抗裂剂中的膨胀组分有效补偿了混凝土早期自收缩,使其实验室标准条件下始终处于膨胀状态。综合上述温度与变形历程试验结果来看,采用温度场与膨胀历程双重调控技术制备的抗裂混凝土更有利于早期收缩裂缝控制,适宜用于开裂风险较高的地下车站侧墙和顶板结构。图2地下车站主体结构混凝土绝热温升图3地下车站主体结构混凝土自生体积变形采用上述配合比制备的地下车站主体结构底板、侧墙和顶板混凝土工作、力学与耐久性能试验值如表6所示,满足设计与施工要求。表6地下车站主体结构混凝土工作、力学与耐久性能参数坍落度/mm28d抗压强度/MPa底板侧墙、顶板抗渗等级56d电通量/C底板侧墙顶板底板侧墙顶板底板侧墙顶板设计值180±20≥35.0P8≤2000实测值18519045.443.7P81045980测试方法GB/T50080GB/T50081GB/T500825结束语综上所述，混凝土工程在现代工业工程建设中更为普遍。首先，