混凝土收缩裂缝的成因及控制

钢筋混凝土收缩裂缝机理与控制

西南石油大学

土木工程与建筑学院

王欣报告思路一、研究混凝土裂缝的原因二、钢筋混凝土收缩裂缝产生原因三、钢筋混凝土收缩裂缝的控制一、研究原因混凝土作为目前用量最大的一种建筑材料，其最大的缺点就是易产生裂缝。目前混凝土结构裂缝问题，是混凝土工程建设普遍的技术问题。而混凝土结构的破坏和建筑物的倒塌也都是从结构裂缝的扩展开始而引起的。如地下工程(地下室、地下仓库、地下人防工程等)，若出现裂缝，将会产生大量的渗水。使地下工程的使用性能降低或不能使用；而厂房和住宅、办公楼的墙、板、柱、粱出现裂缝后，影响外观，使用寿命。有严重裂缝的建筑物将会威胁到人们的生命和财产安全。故在某些施工验收规范和工程都是不允许混凝土结构出现有明显的裂缝。

二、收缩裂缝产生的原因收缩裂缝分为自收缩裂缝和干燥收缩裂缝

当表面失水速率超过实际泌水速率时，新拌混凝土迅速干燥。如果近表面的混凝土已经稠硬，不能流动，但其强度又不足以抵抗因收缩受到限制所引起的应力时，就产生开裂

泌水速率<蒸发速率→开裂自收缩在与外界没有水分交换的条件下，混凝土内部自干燥作用引起的宏观体积收缩混凝土的自收缩在初凝以后开始产生自收缩大小与水胶比、胶凝材料组成、减水剂品种与掺量、骨料品种与比例有关自收缩机理水化反应进行过程中，一部分拌合水由化学反应消耗，一部分填充凝胶孔。当水灰比较大时，凝胶孔基本上充满水，自身收缩很小；水灰比较小时，凝胶孔内部只有部分充满水，形成弯月面，外界的压力使水泥浆体收缩。干燥收缩干燥收缩是水泥基混凝土的固有特性，是混凝土在未饱和空气中向外界散失水分而产生的收缩。浇注时呈流动状态的混合介质，硬化后呈固体状态。除了硬化生成硅酸钙等固体物质，这是一个化学过程以外，还伴随着一个蒸发失水干燥的物理过程，养护不好就出现干燥收缩裂缝。混凝土内的固体水泥浆体体积会随含水量而改变。而骨料对水泥浆体体积的变化则起很大的约束作用，使混凝土的体积变化远低于水泥浆体的体积变化。自身收缩与干燥收缩占总收缩的比例(%)

影响混凝土干燥收缩的主要因素1、水泥可以肯定的是水泥中的石膏比值对收缩值有重大影响，水泥制造厂通过优化石膏含量来调节由于水泥组分不同造成的收缩差异。此外，水泥细度愈大；收缩量会有所增加，但其影响不大。如果有条件的话采用低热水泥可能是减小干缩裂缝的最有效的措施之一2、骨料类类型和骨骨料用量量（1）粗、细细骨料占占混凝土土总体积积的65%——75％，对混混凝土的的收缩有有很大影影响。粗粗、细骨骨料限制制了水泥泥浆体的的自由收收缩，使使混凝土土的收缩缩量减少少到只有有浆体收收缩量的的几分之之一。（2）骨料的的弹性模模量越高高，减少少收缩作作用越明明显，骨骨料的吸吸水性反反映了骨骨料孔隙隙率的大大小，也也影响骨骨料的弹弹性模量量．弹性性模量低低的吸水水率通常常较高，，表1是用同一一种水泥泥、相同同的用水水量配制制的不同同骨料混混凝土的的收缩值值比较。。砂岩、、板岩、、石英岩岩收缩值值较大，，而花岗岗岩、石石灰岩要要好些。。（3）骨料用用量大和和最大粒粒径多的的可减少少收缩。。表1同一水泥泥不同参参数测定定收缩值值3、用水量量、水泥泥用量、、水灰比比用水量及及水泥用用量是影影响干缩缩的重要要因素。。图2混凝土用水量量及水泥用量量与干缩的关关系如能在增加水水泥量的同时时减少混凝土土的砂率，混混凝土的收缩缩值仍可做到到没有明显变变化。增加水水灰比也使收收缩值增加，，这从用水量量、水泥用量量和水灰比三三者之中只有有二个是独立立的关系就可可推知，其中中影响最大的的是用水量。。水灰比对干缩缩的影响图3水灰比对水泥泥浆干缩影响响图3显示365天龄期水灰比比0.65较0.26者其干缩值大大一倍。4、粉煤灰等火火山灰质掺料料火山灰质矿物物掺台料的种种类较多，成成份不一，有有些会使需水水量增大从而而加大收缩，，有的即使不不影响用水量量也会增加收收缩量。也有有不少试验资资料认为粉煤煤灰混凝土的的收缩量比不不掺粉煤灰的的混凝土要小小些。图4粉煤灰混凝土土的自收缩曲曲线图4为不同粉煤灰灰含量、不同同水胶比的混混凝土从初凝凝至7d龄期的自收缩缩发展曲线。。由图可见：：1)粉煤灰混凝土土自收缩随龄龄期的变化与与纯水泥混凝凝土相似，均均可划分为明明显不同的两两段：初凝至至1d前，自收缩快快速增长，混混凝土1d的自收缩即达达到7d总收缩的80%以上；随后趋趋于平缓，自自收缩发展明明显减慢。水水化早期，浆浆体的水化反反应较快，混混凝土的强度度较低，在毛毛细孔负压作作用下，试样样自收缩发展展较快;水化中后期，，浆体水化反反应减慢，试试样强度增加加，浆体结构构能抵抗毛细细孔负压作用用，试样自收收缩趋于稳定定。2)粉煤灰混凝土土与纯水泥混混凝土均随水水胶比的减小小而增加；粉粉煤灰混凝土土与纯水泥混混凝土相比，，自收缩明显显降低，且随随粉煤灰掺量量的增加成比比例降低。。这主要是因因为粉煤灰早早期(14d前)基本不参与水水化反应，因因此在水胶比比不变的条件件下，增加粉粉煤灰的掺量量相当于减少少了早期参与与水化反应的的胶凝材料量量，增大了有有效水灰比。。由于用水量量不变，所以以水化产物所所需要填充的的孔隙基本不不变。粉煤灰替代部部分水泥后，，浆体早期的的水化程度降降低，水化产产物对内部结结构的填充作作用减弱。粉粉煤灰掺量增增加，水泥石石内部结构变变得疏松，粗粗毛细孔含量量提高，细毛毛细孔含量降降低，毛细孔孔内的自由水水含量增多，，临界半径增增大，毛细管管负压作用降降低，因此粉粉煤灰混凝土土的自收缩减减小。5、环境条件图5不同风速和相相对湿度下的的水分蒸发速速度环境因素关系系到混凝土表表面蒸发速度度或失水程度度。图5表示大气温度度和混凝土温温度均为30度时，不同风风速和相对湿湿度下的水分分蒸发速度。。当混凝土失失水时，开始始丧失水分的的是较大孔径径中的毛细孔孔隙水，所以以相应的收缩缩值较小图6水泥浆体的干干缩与失水量量的关系图6表示固体水泥泥浆体的干燥燥收缩量与失失水比例的关关系，失水率率从0增加到17%（相对湿度为为100%到40%左右），收缩缩量约为0.6%，而失水量继继续增加时，，则带来的收收缩量却迅速速增加（右边边陡然下降的的折线）因为为后一阶段的的收缩多为胶胶体孔隙水的的丧失所引起起。6、构件尺寸构件尺寸主要要影响混凝土土内部水分丧丧失的速率，，因而影响收收缩的速率。。研究表明，，将混凝土置置于50%相对湿度的环环境中，混凝凝土从表面逐逐渐向内干燥燥，一个月后后可深入到7.5cm深处，而10年后也只能深深入到60cm。处理具体工工程实践时，，实际尺寸构构件与试验室室小试件的差差别必须予以以考虑。三、控制收缩缩裂缝的措施施配制低收缩量量的混凝土降低混凝土的的干燥速率，，延缓表层水水份损失降低混凝土水水化热掺UEA膨胀剂配制低收缩量量的混凝土（1）减少拌合水水的用量（2）加大粗骨料料的最大粒径径和骨料含量量（3）尽量减少水水泥用量降低混凝土的的干燥速率，，延缓表层水水分损失（1）正确养护混混凝土，尤其其是早期头几几个小时和浇浇筑当天的养养护。（2）保证混凝土土强度的前提提下，宜尽早早松开模板，，并将养护注注入（3）拆除模板后后，扔应保证证暴露的混凝凝土表面不受受阳光和风的的直接作用并并使之潮湿。。（4）达到规定养养护时间，覆覆盖层扔应保保留若干天。。补偿收缩混凝凝土膨胀剂剂防裂裂技术术的应应用，，必须须具有有专门门的知知识和和技术术混凝土土必须须处于于限制制状态态，自自由或或过大大的膨膨胀将将导致致混凝凝土强强度的的严重重削弱弱甚至至开裂裂，膨膨胀剂剂用量量过大大或过过小都都会对对防裂裂效果果和混混凝土土强度度产生生不利利影响响补偿收收缩混混凝土土高温60℃~70℃下膨膨胀效效能下下降需有充充分的的水补补给，，早期期干燥燥缺水水，反反而加加速开开裂掺入粉粉煤灰灰会减减小其其限制制膨胀胀率坍落度度经时时损失失会明明显增增加缓凝剂剂会降降低限限制膨膨胀率率膨胀剂剂拌合合不均均，局局部产产生过过量膨膨胀，，也会会引起起开裂裂补偿收收缩混混凝土土施工单单位应应具有有应用用膨胀胀剂的的经验验，有有严格格的工工法和和操作作条例例施工前前必须须对所所用补补偿收收缩混混凝土土的性性能进进行专专门的的检验验测定其其自由由膨胀胀率、、限制制膨胀胀率和和限制制收缩缩率和和它们们的落落差、、以及及温度度变化化对其其性能能的影影响降低混混凝土土水化化热(1)选择水水化热热低的的水泥泥，优优先选选用矿矿渣硅硅酸盐盐水泥泥、火火山山灰质质硅酸酸盐水水泥、、粉粉煤灰灰硅酸酸盐水水泥。。(2)掺入高高效减减水剂剂，以以增加加混凝凝土的的和易易性。。(3)掺加缓缓凝剂剂，使使混凝凝土能能在较较长时时间内内保持持塑性性，从从而而调节节新拌拌混凝凝土的的凝结结时间间，减减少水水化热热。掺UEA膨胀剂剂掺入UEA膨胀剂剂，以以抵抵消混混凝土土干缩缩时产产生的的拉应应力，，补偿偿混凝凝土因因为失失水而而在早早期产产生的的收缩缩裂缝缝，提提高混混凝土土的密密实度度。早期限限制膨膨胀的的作用用使早期期混凝凝土处处于受受压或或低受受拉的的应力力状态态，避避免早早期开开裂延迟混混凝土土的收收缩开开始时时间，，此时时混凝凝土的的抗拉拉能力力已有有较大大增长长一般认认为，，应用用补偿偿收缩缩混凝凝土时时，应应导入入0.3~0.7MPa的预预应力力早期限限制膨膨胀的的作用用计算方方法的的适用用性尚尚缺乏乏充分分验证证，实实际应应用时时存在在的问问题a、实实际结结构的的限制制程度度难以以用标标准小小试件件的配配筋率率模拟拟b、尺尺寸的的影响响