混凝土裂缝的预防与控制

混凝土裂缝的预防与控制混凝土材料的抗渗性能与混凝土结构的抗裂能力两者需要分别考虑，不能混为一谈。一个是材料性能，在实验室内用试件评价。一个是结构表现，体现在完工后的结构上，由结构设计、材料和施工共同决定。混凝土结构的开裂问题普遍使用早强高强的商品混凝土所导致。世界性的问题1996年Krauss和Rogalla调查了美国和加拿大的20万座桥梁，发现其中10万座以上的桥梁的混凝土桥面板在修建后不久就产生贯穿裂缝，裂缝间距仅有1~3米。我国的现浇混凝土楼板和地下室连续墙开裂现象十分严重。现代混凝土结构的开裂主要不是由于荷载的作用，而是变形所致。温度变形、收缩变形和基础不均匀沉降等，都可能引起混凝土结构的开裂。根据王铁梦的估计，变形作用引起的裂缝几乎占全部裂缝的80%以上材料的耐久性结构的耐久性裂缝混凝土结构的裂缝常常是控制其使用寿命的主要因素。混凝土结构裂缝种类塑性裂缝温度裂缝收缩裂缝

干燥收缩 自干燥收缩塑性裂缝混凝土表面泌水速率<蒸发速率开裂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。塑性裂缝常引发硬化混凝土的开裂。可通过及时抹面消除。塑性开裂形式温度变化导致的体积收缩混凝土硬化以后，随内部温度降低而产生的宏观体积收缩。水泥的水化热及环境温度变化是引起温度收缩的主要原因。与水胶比、胶凝材料的组成与用量、混凝土拌和物入模温度、环境温度变化、内部的相对湿度、结构形式等因素有关。温度裂缝缝混凝土硬硬化期间间由于水水化放热热使内部部温度升升高，到到达温峰峰后降温温时产生生受约束束的收缩缩变形，，形成拉拉应力。。当拉应应力超过过抗拉强强度时，，出现开开裂。近几十年年来，基基础、桥桥梁、隧隧道衬砌砌以及其其他构件件尺寸并并不很大大的结构构混凝土土开裂的的现象增增多，此此时干燥燥收缩并并不显著著。水化热、温度变化化以及内外温差成成为引起素混凝土土与钢筋混凝土约约束应力和开裂的的主导原因。高强混凝土具有较较大的温度收缩。。C40大掺量粉煤灰混凝凝土的绝热温升曲曲线入模温度为17.6℃，5d后到达温峰，约为为58.8℃，温升为41.2℃。入模温度为13.0℃，6d后到达温峰，约为为62.8℃，温升为49.8℃。C30混凝土的绝热温升升4m厚混凝土底板的温温升曲线C45R60水泥用量220kg/m3粉煤灰用量180kg/m3水胶比0.42混凝土内部湿度变变化导致的体积变变化干燥收缩：混凝土在未饱和空空气中向外界散失失水分而产生的收收缩。干缩与水灰比、环环境温湿度、胶凝凝材料组成、骨料料品种与比例、养养护条件、龄期等等因素有关。100g水泥浆体，可蒸发发水分约6ml混凝土C=300kg/m3，可蒸发水分约18l水泥砂浆干缩值约约0.1~0.2%水泥混凝土180天自由干缩值约0.04~0.06%在与外界没有水分分交换的条件下，，混凝土内部自干干燥作用引起的宏宏观体积收缩。混凝土的自收缩在在初凝以后开始产产生。自收缩大小与水胶胶比、胶凝材料组组成、减水剂品种种与掺量、骨料品品种与比例有关。。自收缩化学反应导致的体体积变化水化过程中水化产产物的绝对体积减减少。硅酸盐水泥泥的水化收缩约7%。如果混凝土C=300kg/m3，减缩值21~27L/m3初凝以前水化收缩缩表现为塑性收缩缩，初凝以后则导导致自干燥收缩产产生。自收缩机理水化反应进行过程程中，一部分拌合合水由化学反应消消耗，一部分填充充凝胶孔。当水灰灰比较大时，凝胶胶孔基本上充满水水，自身收缩很小小；水灰比较小时时，凝胶孔内部只只有部分充满水，，形成弯月面，外外界的压力使水泥泥浆体收缩。混凝土的水化收缩缩与自收缩自收缩与干缩的异异同点相同点：均由于水的迁移所引起；不同点：1.自收缩不失重，干干缩伴随水分散失失；2.自收缩是各向同性性的，干缩由表及及里；3.水灰比降低时，干干缩减小，自收缩缩增大；4.覆盖后（或拆模前前）不发生干缩，，而自收缩必须通通过湿养护才能减减小。常规收缩试验测定定结果是干燥收缩缩与自收缩的叠加加，主要是干燥收收缩。普通混凝土主要产产生干燥收缩，自自生收缩不超过50微应变，占总测定定值的10%左右。干燥收缩是引起普普通混凝土开裂的的主要原因之一。。在高强混凝土中，，自生收缩可达数数百微应变，占总总收缩量的一半左左右，不可忽视。。自收缩与干缩的异异同点w/b=0.26w/b=0.34混凝土的自收缩自身收缩和干燥收收缩占总收缩的比比例（%）混凝土的变形类型型与开裂自由收缩，相向变变形，不裂；限制收缩，背向变变形,开裂;自由膨胀，背向变变形，开裂；限制膨胀，相向变变形，不裂混凝土结构裂缝产产生的原因变形作用引起的混混凝土结构开裂的的原因很复杂，涉涉及到结构设计、、材料组成、施工工技术、环境状态态等诸多因素。混凝土材料本身的的组成与性质的变变化，以及随之而而来的施工技术变变化是现代混凝土土结构容易开裂的的重要原因。大体积混凝土底板板不容易开裂钢筋约束强，可在在表面加细钢筋网网片；养护容易。。连续墙容易开裂横向大多只有构造造钢筋，养护困难难，暴露面大。混凝土开裂的影响响因素材料因素：胶凝材料的细度度、水化速率、水水化热、强度发展展速率。配合比因素：水胶比、浆体含含量、骨料弹性模模量。约束因素：体积、配筋率环境因素：气温、风速、湿湿度。混凝土的极限拉伸伸混凝土结构的开裂裂一般均由拉应力力引起。对于变形导致的开开裂，除考虑材料料的抗拉强度外，，材料的抗变形能能力，即极限拉伸伸更重要。混凝土的极限拉伸伸值约为110-4。混凝土裂缝间距计计算式中：E：混凝土的弹性模模量H：结构物高（厚））度Cx：地基水平阻力系系数α：温度变形系数εp：极限应变，应考考虑配筋和徐变的的影响T：温度差，包括水水化温差、气温差差、收缩当量温差差底板与垫层间的摩摩擦情况影响开裂裂间距。通常│αT│大于│εp│，两者差越大，开开裂间距越小。当当│αT│趋近于│εp│，开裂间距趋近于于无穷大，可取消消伸缩缝。工程上常用总变形形小于极限拉伸的的原则控制裂缝。。混凝土体积变形引引起的拉应力水化热降温收缩干燥引起的收缩相相当于温降总收缩二端固定约束――――拉应力当，或或，，混凝土开裂，，如不配筋，断为为二段，约束全部部消除底面连续约束――――拉应力R为约束度，且R1当，，裂裂缝首先在中间截截面底部出现并向向上发展，约束未未全部消除外部约束下构件拉拉应力长墙应力分布及开开裂示意混凝土连续墙有序序开裂示意a)当、及及确确定后，构构件中的应力大小小及其分布仅与长长高比L/H有关，而与构件L或H的绝对尺寸大小无无关b)构件所受的约束度度随地基刚度降低低而减少L/H=10的构件L/H较大的构件件，当比值值不不甚甚小时，中中间截面拉拉应力接近近均布，但但当比值甚甚小时时，上部拉拉应力低于于下部愈多多。将地基看作作是半无限限的连续介介质H=6mL/H=10Ef/Ec=1变形图H=6mL/H=2Ef/Ec=1第一主应力力ACI方法王铁梦方法法将地基的作作用简化为为水平弹簧簧构件中的拉拉应力不仅仅取决于比比值Ｌ/H，而且尚与Ｌ或H的尺寸大小小有关内部约束下下拉应力是是同一时刻刻构件内部部存在温差差所引起。。外部约束下下拉应力是是由于龄期期发展的温温降所引起起。某一时刻体体积收缩变变形引起的的拉应力是是这二部分分的叠加。。内部约束下下构件拉应应力防裂混凝土土混凝土的密密实性和均均匀性是结结构防裂与与防水的首首要保证，，混凝土发发生渗漏，，往往是施施工原因造造成的质量量不均匀和和裂缝；限制最大水水泥用量应掺加胶凝凝材料总量量20～30%以上的粉煤煤灰对粗骨料最最大空隙率率限值的要要求限制使用R型早强水泥泥水泥粉煤灰硅灰膨胀剂密实剂水减水剂3106040344170C30高抗渗混凝土土配合比(kg/m3)砂率=0.4W/B=0.3828d强度超过50MPa，试验室试配配性能良好，，实际浇筑结结构出现较多多贯穿裂缝，，宽度0.1-0.3mm。膨胀剂防裂技技术的应用，，必须具有专专门的知识和和技术混凝土必须处自由试件与强约束的结构内部的混凝土性能表现差异较大。

补偿收缩混凝凝土使早期混凝土土处于受压或或低受拉的应应力状态，避避免早期开裂裂。延迟混凝土的的收缩开始时时间，此时混混凝土的抗拉拉能力已有较较大增长。早期限制膨胀胀的作用一般认为，应应用补偿收缩缩混凝土时，，应导入0.3～0.7MPa的预压应力。。早期限制膨胀胀的作用计算方法的适适用性尚缺乏乏充分验证，，实际应用时时存在的问题题：a）实际结构的限限制程度难以以用标准小试试件的配筋率率模拟；b）尺寸的影响不不清，实际结构构构件与标准条条件下小试件件的膨胀特性性不同；c）温度的影响不不清，水化温升加加速膨胀剂水水化，早期膨膨胀将消耗在在无效的塑性性和徐变变形形中，削弱膨膨胀剂的效果果。不同的膨膨胀剂对于温温度、养护条条件、胶凝材材料组成、减减水剂的适应应性有所不同同。高温60～70℃下膨胀效能下下降需有充分的水水补给，早期期干燥缺水，，反而加速开开裂掺入粉煤灰会会减少其限制制膨胀率坍落度经时损损失会明显增增加缓凝剂会降低低限制膨胀率率膨胀剂拌合不不匀，局部产产生过量膨胀胀，也会引起起开裂补偿收缩混凝凝土补偿收缩混凝凝土1）施工单位应具具有应用膨胀胀剂的经验，，有严格的工工法和操作条条例2）施工前必须对对所用补偿收收缩混凝土的的性能进行专专门的检验：：测定其自由膨膨胀率、限制制膨胀率和限限制收缩率和和它们的落差差，以及温度度变化对其性性能的影响。。混凝土施工的的温度控制与与潮湿养护单纯依靠现行行混凝土结构构施工与验收收规范的要求求进行施工，，不能保证大大型工程能够够防止混凝土土施工时的开开裂。设计和施工单单位应结合混混凝土配比、、结构尺寸、、环境气温、、模板和复盖盖层热学特性性以及混凝土土搅拌、运输输、浇筑、养养护的具体条条件，对构件件中的混凝土土水化热温升升、降温过程程以及内部温温差进行估计计，在温度计计算的基础上上，对温度应应力进行估计计，并结合经经验提出具体体温度控制指指标。温度控制温度控制指标标a、浇筑温度浇筑温度应不不高于25℃。热天施工时时如难于达到到，也不宜高高于32℃；并应同时调调整混凝土配配合比，降低低水泥用量以以减小水化放放热量。混凝土浇筑温温度愈高，水水化反应愈快快，释放热量量愈多，升温温愈高，进一一步加速水化化反应。同样配比混凝凝土当入模温温度为10℃时，24小时后升到30℃；当入模温度为为20℃时，20小时后升到55℃；即入模温度相相差10℃可使最大温升差差25℃。温度控制指标b、最高温度混凝土浇筑后的的最高温度一般般不超过75℃。c、最大温差混凝土内部和表表面的温差一般般不应超过25℃。混凝土表面温温度与大气温度度的差别也不应应超过25℃，混凝土表面与与养护水的温差差不超过15℃。d、降温速度混凝土内部一