混凝土裂缝的成因及控制

混凝土结构裂缝的成因与控制

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、收缩变形和根底不均匀沉降等，都可能引起混凝土结构的开裂

根据工程数据的估计，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重要因素混凝土结构裂缝的种类塑性裂缝

温度裂缝

收缩裂缝〔枯燥收缩、自枯燥收缩〕塑性裂缝

当外表失水速率超过实际泌水速率时，新拌混凝土迅速枯燥。如果近外表的混凝土已经稠硬，不能流动，但其强度又缺乏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

泌水速率<蒸发速率→开裂温度变化导致的体积收缩

混凝土硬化以后，随内部温度降低会产生宏观体积收缩

水泥的水化放热是引起混凝土温度收缩的主要原因

与水胶比、凝胶材料的组成及用量、混凝土拌合物入模温度、环境温度变化、内部的相对湿度、结构形式等因素有关

温度裂缝混凝土硬化期间由于胶凝材料水化放热使内部温度升高，到达温度的峰值后降温时产生受约束的收缩变形，形成拉应力。当拉应力超过混凝土即时抗拉强度时，出现开裂

近几十年来，根底、桥梁、隧道衬砌以及其他构件尺寸并不很大的结构混凝土开裂的现象很多

此时混凝土的枯燥收缩并不显著

水化热、温度变化以及内外温差成为混凝土结构开裂的主要原因

高强度混泥土具有较大的温度收缩C40大掺量粉煤灰混凝土的绝热温升曲线C30混凝土的绝热温升曲线

龄期/h

4米厚混凝土板的温升曲线

混凝土内部湿度变化导致的体积变化枯燥收缩：混泥土在未饱和空气中向外界散失水分而产生的收缩干缩与水灰比、环境温湿度、胶凝材料组成、骨料品种与比例、养护条件、期龄等因素有关

100g水泥浆体，可蒸发水分约6ml混凝土C=300kg/m3,可蒸发水分约18l水泥砂浆干缩值约0.1%~0.2%水泥混凝土180天自由干缩值约为0.04%~0.06%自收缩在与外界没有水分交换的条件下，混泥土内部自枯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化学反响导致的体积变化水化过程中水化产物的绝对体积减小，硅酸盐水泥的水化收缩约为7%，如果混凝土C=300kg/m3,减缩值21~27L/m3初凝以前水化收缩表现为塑性收缩，初凝以后那么导致自枯燥收缩产生

自收缩机理水化反响进行过程中，一局部拌合水由化学反响消耗，一局部填充凝胶孔。当水灰比较大时，凝胶孔根本上充满水，自身收缩很小；水灰比较小时，凝胶孔内部只有局部充满水，形成弯月面，外界的压力使水泥浆体收缩混凝土的水化收缩与自收缩

自收缩与干缩的异同点相同点：均由于水的迁移所引起不同点：a、自收缩不失重，干缩伴随水分散失b、自收缩是各向同性的，干缩由表及里c、水灰比降低时，干缩减小，自收缩增大d、覆盖后〔或拆模前〕不发生干缩，而自收缩必须通过湿养护才能减小

自收缩与干缩的异同常规收缩试验测定结果是枯燥收缩与自收缩的叠加，主要是枯燥收缩普通混凝土主要产生枯燥收缩，自收缩不超过50微应变，占总测定值的10%左右枯燥收缩是引起普通混凝土开裂的主要原因在高强混凝土中，自身收缩可达数百微应变，占总收缩量的一半左右，不可无视

混凝土的自收缩

自身收缩与枯燥收缩占总收缩的比例(%)

混凝土的变形类型与开裂自由收缩，相向变形，不裂

限制收缩，背向变形，开裂自由膨胀，背向变形，开裂限制膨胀，相向变形，不裂混凝土结构裂缝产生的原因

变形作用引起的混凝土结构开裂的原因很复杂，涉及到结构设计、材料组成、施工技术、环境状态等诸多因素

混凝土材料本身的组成与性质的变化，以及随之而来的施工技术变化是现代混凝土结构容易开裂的重要原因大体积混凝土底板不易开裂钢筋约束强，可在外表加细钢筋网片，养护容易连续墙容易开裂横向大多只有构造钢筋，养护困难，暴露面大混凝土连续墙有序开裂示意图长墙应力分布及开裂示意图内部约束下构件内部的拉应力内部约束下构件内部存在温差引起拉应力外部约束下随期龄开展的温降引起拉应力某一时刻体积收缩变形引起的拉应力是这两局部的叠加

混凝土结构开裂的影响因素材料因素：胶凝材料的细度、水化速率、水化热、强度开展速率配合比因素：水胶比、浆体含量、骨料弹性模量约束因素：体积、配筋率环境因素：气温、风速、温度混凝土结构开裂的预防结构形式与材料性能要求的协调材料性能的要求不能过高不能将结构的功能全部转移给材料某工程用C30防水混凝土配合比

混凝土结构开裂的预防原材料的品质须符合要求骨料的含泥量、针片状颗粒含量、细度与级配粉煤灰的品质外加剂与胶凝材料的相容性防裂混凝土

混凝土的密实性和均匀性是结构防裂与防水的首要保证，混凝土发生渗漏，往往是施工原因造成的质量不均匀和裂缝技术措施：a、降低水泥用量，限制使用R型早强水泥b、应掺加凝胶材料20%~30%以上的粉煤灰c、粗骨料最大孔隙率应尽量小补偿收缩混凝土膨胀剂防裂技术的应用，必须具有专门的知识和技术混凝土必须处于限制状态，自由或过大的膨胀将导致混凝土强度的严重削弱甚至开裂，膨胀剂用量过大或过小都会对防裂效果和混凝土强度产生不利影响早期限制膨胀的作用使早期混凝土处于受压或低受拉的应力状态，防止早期开裂延迟混凝土的收缩开始时间，此时混凝土的抗拉能力已有较大增长一般认为，应用补偿收缩混凝土时，应导入0.3~0.7MPa的预应力

早期限制膨胀的作用计算方法的适用性尚缺乏充分验证，实际应用时存在的问题a、实际结构的限制程度难以用标准小试件的配筋率模拟b、尺寸的影响不清，实际结构构件与标准条件下小试件的膨胀特性不同c、温度的影响不清，水化温升加速膨胀剂水化，早期膨胀将消耗在无效的塑性和徐变变形中，消弱膨胀剂的效果。不同的膨胀剂对于温度、养护条件、胶凝材料组成、减水剂的适应性有所不同补偿收缩混凝土高温60℃~70℃下膨胀效能下降需有充分的水补给，早期枯燥缺水，反而加速开裂掺入粉煤灰会减小其限制膨胀率坍落度经时损失会明显增加缓凝剂会降低限制膨胀率膨胀剂拌合不均，局部产生过量膨胀，也会引起开裂

补偿收缩混凝土施工单位应具有应用膨胀剂的经验，有严格的工法和操作条例施工前必须对所用补偿收缩混凝土的性能进行专门的检验测定其自由膨胀率、限制膨胀率和限制收缩率和它们的落差、以及温度变化对其性能的影响混凝土施工的温度控制与潮湿养护单纯依靠现行混凝土结构施工与验收标准的要求进行施工，不能保证大型工程能够防止混凝土施工时的开裂

温度控制a、浇筑温度浇筑温度应不高于25℃。热天施工时如难以到达，也不宜高于30℃；并应同时调整混凝土配合比，降低水泥用量以及减少水化放热量混凝土浇筑温度愈高，水化反响愈快，释放热量愈多，升温愈高，进一步加速水化反响同样配比混凝土当入模温度为10℃时，24小时后升到30℃；当入模温度为20℃时，20小时后升到55℃；即入模温度相差10℃可使最大温升差25℃温度控制b、最高温度混凝土内部的最高温度一般不超过75℃c、最大温差混凝土内部和外表的温差一般不应超过25℃，混凝土外表温度与大气温度的差异也不应超过25℃，混凝土外表与养护水的温度不超过15℃d、降温速度混凝土内部一般不超过3℃/d养护养护包括保持湿度和温度，实施温度监测可为混凝土的覆盖保温和拆模时机的选择提