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、骨料类型和骨料用量（1）粗、细骨料占混凝土总体积的65%—75％，对混凝土的收缩有很大影响。粗、细骨料限制了水泥浆体的自由收缩，使混凝土的收缩量减少到只有浆体收缩量的几分之一。（2）骨料的弹性模量越高，减少收缩作用越明显，骨料的吸水性反映了骨料孔隙率的大小，也影响骨料的弹性模量．弹性模量低的吸水率通常较高，表1是用同一种水泥、相同的用水量配制的不同骨料混凝土的收缩值比较。砂岩、板岩、石英岩收缩值较大，而花岗岩、石灰岩要好些。（3）骨料用量大和最大粒径多的可减少收缩。表1同一水泥不同参数测定收缩值3、用水量、水泥用量、水灰比用水量及水泥用量是影响干缩的重要因素。图2混凝土用水量及水泥用量与干缩的关系如能在增加水泥量的同时减少混凝土的砂率，混凝土的收缩值仍可做到没有明显变化。增加水灰比也使收缩值增加，这从用水量、水泥用量和水灰比三者之中只有二个是独立的关系就可推知，其中影响最大的是用水量。水灰比对干缩的影响图3水灰比对水泥浆干缩影响图3显示365天龄期水灰比0.65较0.26者其干缩值大一倍。4、粉煤灰等火山灰质掺料火山灰质矿物掺台料的种类较多，成份不一，有些会使需水量增大从而加大收缩，有的即使不影响用水量也会增加收缩量。也有不少试验资料认为粉煤灰混凝土的收缩量比不掺粉煤灰的混凝土要小些。图4粉煤灰混凝土的自收缩曲线图4为不同粉煤灰含量、不同水胶比的混凝土从初凝至7d龄期的自收缩发展曲线。由图可见：1)粉煤灰混凝土自收缩随龄期的变化与纯水泥混凝土相似，均可划分为明显不同的两段：初凝至1d前，自收缩快速增长，混凝土1d的自收缩即达到7d总收缩的80%以上；随后趋于平缓，自收缩发展明显减慢。水化早期，浆体的水化反应较快，混凝土的强度较低，在毛细孔负压作用下，试样自收缩发展较快;水化中后期，浆体水化反应减慢，试样强度增加，浆体结构能抵抗毛细孔负压作用，试样自收缩趋于稳定。

2)粉煤灰混凝土与纯水泥混凝土均随水胶比的减小而增加；粉煤灰混凝土与纯水泥混凝土相比，自收缩明显降低，且随粉煤灰掺量的增加成比例降低。这主要是因为粉煤灰早期(14d前)基本不参与水化反应，因此在水胶比不变的条件下，增加粉煤灰的掺量相当于减少了早期参与水化反应的胶凝材料量，增大了有效水灰比。由于用水量不变，所以水化产物所需要填充的孔隙基本不变。粉煤灰替代部分水泥后，浆体早期的水化程度降低，水化产物对内部结构的填充作用减弱。粉煤灰掺量增加，水泥石内部结构变得疏松，粗毛细孔含量提高，细毛细孔含量降低，毛细孔内的自由水含量增多，临界半径增大，毛细管负压作用降低，因此粉煤灰混凝土的自收缩减小。5、环境条件图5不同风速和相对湿度下的水分蒸发速度环境因素关系到混凝土表面蒸发速度或失水程度。图5表示大气温度和混凝土温度均为30度时，不同风速和相对湿度下的水分蒸发速度。当混凝土失水时，开始丧失水分的是较大孔径中的毛细孔隙水，所以相应的收缩值较小图6水泥三浆体三的干三缩与三失水三量的三关系图6表示三固体三水泥三浆体三的干三燥收三缩量三与失三水比三例的三关系三，失三水率三从0增加三到17三%（相三对湿三度为10三0%到40三%左右三），三收缩三量约三为0.三6%，而三失水三量继三续增三加时三，则三带来三的收三缩量三却迅三速增三加（三右边三陡然三下降三的折三线）三因为三后一三阶段三的收三缩多三为胶三体孔三隙水三的丧三失所三引起三。6、构三件尺三寸构件三尺寸三主要三影响三混凝三土内三部水三分丧三失的三速率三，因三而影三响收三缩的三速率三。研三究表三明，三将混三凝土三置于50三%相对三湿度三的环三境中三，混三凝土三从表三面逐三渐向三内干三燥，三一个三月后三可深三入到7.三5c三m深处三，而10年后三也只三能深三入到60三cm。处三理具三体工三程实三践时三，实三际尺三寸构三件与三试验三室小三试件三的差三别必三须予三以考三虑。三、三控制三收缩三裂缝三的措三施配制三低收三缩量三的混三凝土降低三混凝三土的三干燥三速率三，延三缓表三层水三份损三失降低三混凝三土水三化热掺UE三A膨胀三剂配制三低收三缩量三的混三凝土（1）减三少拌三合水三的用三量（2）加三大粗三骨料三的最三大粒三径和三骨料三含量（3）尽三量减三少水三泥用三量降低三混凝三土的三干燥三速率三，延三缓表三层水三分损三失（1）正三确养三护混三凝土三，尤三其是三早期三头几三个小三时和三浇筑三当天三的养三护。（2）保三证混三凝土三强度三的前三提下三，宜三尽早三松开三模板三，并三将养三护注三入（3）拆三除模三板后三，扔三应保三证暴三露的三混凝三土表三面不三受阳三光和三风的三直接三作用三并使三之潮三湿。（4）达三到规三定养三护时三间，三覆盖三层扔三应保三留若三干天三。补偿三收缩三混凝三土膨胀三剂防三裂技三术的三应用三，必三须具三有专三门的三知识三和技三术混凝三土必三须处三于限三制状三态，三自由三或过三大的三膨胀三将导三致混三凝土三强度三的严三重削三弱甚三至开三裂，三膨胀三剂用三量过三大或三过小三都会三对防三裂效三果和三混凝三土强三度产三生不三利影三响补偿三收缩三混凝三土高温三60℃~7三0℃下三膨胀三效能三下降需有三充分三的水三补给三，早三期干三燥缺三水，三反而三加速三开裂掺入三粉煤三灰会三减小三其限三制膨三胀率坍落三度经三时损三失会三明显三增加缓凝三剂会三降低三限制三膨胀三率膨胀三剂拌三合不三均，三局部三产生三过量三膨胀三，也三会引三起开三裂补偿三收缩三混凝三土施工三单位三应具三有应三用膨三胀剂三的经三验，三有严三格的三工法三和操三作条三例施工三前必三须对三所用三补偿三收缩三混凝三土的三性能三进行三专门三的检三验测定三其自三由膨三胀率三、限三制膨三胀率三和限三制收三缩率三和它三们的三落差三、以三及温三度变三化对三其性三能的三影响降低三混凝三土水三化热(1三)选择三水化三热低三的水三泥，三优先三选用三矿渣三硅酸三盐水三泥、三火三山灰三质硅三酸盐三水泥三、三粉煤三灰硅三酸盐三水泥三。(2三)掺入三高效三减水三剂，三以增三加混三凝土三的和三易性三。(3三)掺加三缓凝三剂，三使混三凝土三能在三较长三时间三内保三持塑三性，三从三而调三节新三拌混三凝土三的凝三结时三间，三减少三水化三热。掺UE三A膨胀三剂掺入UE三A膨胀三剂，三以三抵消三混凝三土干三缩时三产生三的拉三应力三，补三偿混三凝土三因为三失水三而在三早期三产生三的收三缩裂三缝，三提高三混凝三土的三密实三度。早期三限制三膨胀三的作三用使早三期混三凝土三处于三受压三或低三受拉三的应三力状三态，三避免三早期三开裂延迟三混凝三土的三收缩三开始三时间三，此三时混三凝土三的抗三拉能三力已三有较三大增三长一般三认为三，应三用补三偿收三缩混三凝土三时，三应导三入0三.3三~0三.7三MP三a的三预应三力早期三限制三膨胀三的作三用计算三方法三的适三用性三尚缺三乏充三分验三证，三实际三应用三时存三在的三问题a、三实际三结构三的限三制程三度难三以用三标准三小试三件的三配筋三率模三拟b、三尺寸三的影三响不三清，三实际