混凝土的开裂与裂缝控制PPT教案

会计学1混凝土的开裂与裂缝控制第1页/共158页拌合物坍落度的变化50年代干硬、插捣0～2cm60年代干硬、插捣与低频振捣2～4cm70年代塑性、低频振捣5～9cm

80年代泵送、流态、高频振捣10～20cm90年代泵送、自密实16～25cm原因一混凝土拌合物沉降与泌水第2页/共158页沉降与泌水

20世纪70年代，曾任日本混凝土学会主席的樋口芳郎做了一个试验：他将坍落度为8cm的拌合物浇注在一透明塑料管内，惊奇地发现在粗骨料下方普遍形成水囊；混凝土硬化后抗弯拉强度明显下降。第3页/共158页骨料水可见泌水内泌水第4页/共158页钢筋沉降裂缝水囊混凝土表面第5页/共158页混凝土沉降形成的缝隙钢筋混凝土第6页/共158页易于出现沉降与泌水现象的其他因素：

早期：低气温季节浇注混凝土；矿渣水泥中矿渣的粉磨细度较粗；近年：外加剂－水泥相容性；水泥可溶碱含量过低；拌合物的保水性。

第7页/共158页原因二混凝土的体积变形

1)塑性收缩

2)干湿变形

3)温度变形

4)自生变形第8页/共158页1）塑性收缩

指新拌混凝土浇注后尚在塑性状态发生的收缩。特点是当表面水分向外蒸发时引起局部产生应力，因此当蒸发速率大于泌水速率时，会发生局部的塑性收缩开裂。

低水灰比（水胶比）混凝土拌合物体内自由水少，矿物细粉和水化生成物又迅速填充毛细孔，阻碍泌水上升，因此表面更易于出现塑性收缩开裂。第9页/共158页混凝土表面第10页/共158页泌水速率<蒸发速率开裂混凝土表面第11页/共158页潮湿、干燥与风速(2.5m/s)对收缩的影响不同参数影响的差异（摘自“减小早期收缩的方法”－混凝土的收缩2000)第12页/共158页干缩随风速增加而明显增大第13页/共158页相对湿度对干缩的影响(2.5m/s风速;20℃)第14页/共158页气温对收缩的影响(2.5m/s风速；RH40％)第15页/共158页影响蒸发速率的因素1）气温；2）混凝土体温；3）相对湿度；4）风速；5）太阳辐射热；以上任意两个因素的组合都属于热天混凝土浇注(HotWeatherConcreting)。第16页/共158页可能出现塑性收缩裂缝的混凝土温度与对应的相对湿度混凝土温度（℃）相对湿度（％）40.69037.88035.07032.26029.45026.74023.930

设风速16km/hr；气温与混凝土温差5.6℃第17页/共158页塑性收缩裂缝第18页/共158页现代高性能混凝土塑性收缩增大主要原因在于高性能混凝土的低水胶比和大掺量矿物细粉的广泛使用。第19页/共158页2）干湿变形

硬化混凝土与周围环境存在湿度梯度，引起水分向外蒸发或吸入，产生体积变形的现象。

第20页/共158页干湿作用的影响

混凝土受干燥作用产生的六个作用是：塑性收缩开裂、体积收缩（干缩）、微裂缝和渗透性增大、水泥-骨料粘结弱化、抗拉强度约降低30%，以及如果再受潮，可能会因为延迟钙矾石生成或受拆散力作用而产生膨胀。RichardW.Burrows.TheVisibleandInvisibleCrackingofConcrete.ACImonographNo:11,1999.第21页/共158页干湿作用的影响“在调查过程中注意到在主要遭受干燥影响的那些部位劣化最显著……。发生网状开裂的程度主要取决干燥严重程度和混凝土对干燥收缩的易感性。”“劣化……在桥栏杆处最显著。”（栏杆是桥最干燥的部位）“……大多数受影响的混凝土没有任何明显的有害膨胀”（由于ASR）。

RichardW.Burrows.TheVisibleandInvisibleCrackingofConcrete.ACImonographNo:11,1999.第22页/共158页第23页/共158页干湿作用的影响1966年，宾夕法尼亚州Harrisburg温暖的夏季有过一次干旱，只有48mm的雨水，而不是通常的300mm。在此期间，该州的DOT为使交通升级，建造了319座桥。几年后，Carrier和Cady（1975年）观察了其中的249座桥面，发现了断裂、破碎、砂浆劣化和横向裂缝，在总长33.8km的桥面上发现了5425条横向裂缝。第24页/共158页3）温度变形（热变形）

混凝土硬化期间由于水化放热产生温升而膨胀，到达温峰后降温时产生收缩变形。升温期因混凝土模量还很低，只产生较小的压应力，且因徐变作用而松弛；降温期收缩变形因弹模增长，而松弛作用减小，受约束时形成大得多的拉应力，当超过抗拉强度（断裂能）时出现开裂。第25页/共158页此外，不同温度区域热膨胀作用的差异，如大体积混凝土中内部温度较高，产生较大膨胀，而外部则收缩，因而在外表混凝土中将产生很大的拉应力，使混凝土产生裂缝。第26页/共158页图3-46硬化水泥浆体与混凝土的绝热温升水化热的影响混凝土温度随水泥用量增加而上升第27页/共158页图3-47混凝土浇注厚度对温升的影响（浇注温度20

C，水泥用量400kg/m3）混凝土的温升随结构物断面尺寸增大而加剧2.0m2.5m结构断面尺寸非常大第28页/共158页热收缩与热应力

混凝土的抗拉强度很小，因此在冷却时产生的拉应力很容易超过它的强度。例如：混凝土的热膨胀系数为10×10－6/℃

由于水化热产生的温升为15℃

则混凝土冷却时的热收缩为150×10－6

而其弹性模量设为21GPa

如果被完全约束，冷却时的拉应力达3.15MPa

超过一般混凝土的抗拉强度因此，如果不是由于应力松弛，很可能要开裂第29页/共158页

混凝土因为收缩引起开裂，尤其是大体积混凝土因水泥水化放热产生的温升会引起开裂的问题，在20世纪初就为工程界所认识。第30页/共158页

自20世纪初起，为了减小水化放热产生的影响，开始采用掺火山灰的办法，30年代又开发出低热水泥。利用加大粗骨料粒径、非常低的水泥用量、预冷拌合物原材料、限制浇注层高和管道冷却等措施，进一步获得了降低水化温峰、抑制热裂缝的效果。

ThermalCrackinginConcreteatEarlyAges

E&FNSPON(1994)第31页/共158页第32页/共158页

近几十年来，基础、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增多，同时发现干燥收缩通常在这里并不重要了。水化热以及温度变化已经成为引起素混凝土与钢筋混凝土约束应力和开裂的主导原因。ThermalCrackinginConcreteatEarlyAges.E&FNSPON1994.第33页/共158页4）自生变形

混凝土在没有温度变化，没有和外界发生水分交换，也不受力的条件下发生的表观体积变形称自生变形，自生变形时体积减小称自生收缩。混凝土发生自生变形的原因，是由于化学减缩——水泥（及掺合料）和水发生水化反应绝对体积减小的现象。第34页/共158页龄期体积减缩初凝时的化学收缩

初凝

终凝自生收缩

化学收缩水化产生的孔隙化学收缩与自生收缩之间的关系第35页/共158页自生收缩与干燥收缩的比较

自生收缩与干缩一样，是由于水的迁移而引起。但它不是由于水向外蒸发散失，而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降，形成弯月面，产生所谓的自干燥作用，混凝土体的相对湿度降低，体积减小。第36页/共158页

当混凝土的水灰比降低时干燥收缩减小，而自生收缩加大。如当水灰比大于0.5时，其自干燥作用和自生收缩与干缩相比小得可以忽略不计；但是当水灰比小于0.35时，体内相对湿度会很快降低到80%以下，自生收缩与干缩值两者接近；当水灰比为0.17时，则混凝土只有自生收缩而不发生干缩了。自生收缩与干燥收缩的关系第37页/共158页自生收缩与干燥收缩的异同点相同点：均由于水的迁移所引起；不同点：

1）自缩不失重；

2）自缩各向同性地发生，干缩由表及里地发生；

3）水灰比降低时，干缩减小，自缩增大；

4）覆盖后（或拆模前）不发生干缩，而自缩必须通过湿养护(供水）减小或消除第38页/共158页影响自生收缩的因素

①水泥品种低热水泥中热水泥

摘自WorkofJCIcommitteeonAutogenousShrinkage.ShrinkageofConcrete.2000第39页/共158页磨细矿渣比表面积的影响②矿物掺合料第40页/共158页磨细矿渣掺量对自生收缩的影响第41页/共158页粉煤灰掺量对自生收缩的影响第42页/共158页

③水灰比

对水泥浆自生收缩值的影响第43页/共158页水灰比对混凝土自生收缩值的影响第44页/共158页④温度的影响第45页/共158页将净浆试件浸在水中，试验水养护抑制自生收缩的结果表明：尺寸影响十分显著。W/C=0.30第46页/共158页试件尺寸对水泥浆在水中长度变化的影响（W/C＝0.30)第47页/共158页膨胀剂对水泥浆自生收缩的影响（W/C＝0.30)Ei-ichiTazawa.etal.WorkofJCICommitteeonAutogenousShrinkage.ShrinkageofConcrete.Shrinkage2000.RILEM.第48页/共158页

收缩应变大小只是导致混凝土开裂的一方面原因，另一方面还有混凝土的延伸性：

弹性模量弹性模量越小，产生一定量收缩引起的弹性拉应力越小；

徐变徐变越大，应力松弛越显著，残余拉应力就越小；

抗拉强度抗拉强度越高，拉应力使材料开裂的危险越小。原因三混凝土的延伸性第49页/共158页徐变GeraldPickett(1942年）说过：“……在大多数情况下，如果不是因为徐变，混凝土会严重地开裂。”Neville(1959年）断定：徐变通常与强度相反——强度越高，徐变就越小。……水泥浆体强度越低，徐变能力越大。第50页/共158页

西太平洋Caroline群岛上的一座桥梁（主跨为241m）由于徐变使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加剧徐变，使该桥在建成不到20年后坍塌（1996年）。第51页/共158页粘弹性材料在一定应力作用下的徐变粘弹性材料在一定应变作用下的应力松弛应力应变应变应力第52页/共158页

徐变会引起混凝土构件的预应力损失，据统计，我国几十年来生产的构件预应力损失达30～50%，减小混凝土的徐变，对这样一些结构物是有益的。但是另一方面，徐变会使温度或其他收缩变形受约束时产生的应力减小；在结构应力集中区和因基础不均匀沉陷引起局部应力的结构中，可以降低应力峰值，从这个角度来说：徐变较大的混凝土又有有利的一面。徐变的作用第53页/共158页无松弛作用时出现开裂混凝土的抗拉强度开裂延迟应力松弛后的实际应力应力松弛时间收缩应变受约束时产生的弹性拉应力收缩与徐变对混凝土开裂的影响第54页/共158页环境相对湿度的影响第55页/共158页总应变时间干缩基本徐变干燥徐变60%湿度、不加载100%湿度、加载60%湿度、加载徐变应变干缩第56页/共158页温度对徐变的影响第57页/共158页Neville（1959）确信：徐变通常与强度相反。强度越高，徐变越小。他说：“凡影响强度的因素——组分、水泥细度或水化程度——也影响徐变：在一定荷载下，水泥浆体强度越低，徐变能力越大。”

第58页/共158页混凝土的技术人员已成为设计强度的专家，但是当不出现裂缝也重要时，他们就必须学习如何为增大徐变而设计。这不难做到：与得到高早强的途径相反。第59页/共158页对早强有好处，但增大因丧失徐变而开裂的危险的因素是：

★长期湿养护★高的碱含量★高的水泥细度★高的C3A含量·高的C3S（低C2S）含量★低的C4AF含量★高的SO3含量★低W/C★硅灰★促进水化的外加剂第60页/共158页

早期强度发展快的混凝土，抗拉强度虽然随抗压强度发展加快而加快，但相对幅度较小，而其弹性模量迅速增大，徐变松弛作用则很快减小，综合效果是其延伸性明显地变差。因此，现今使用高活性水泥、水灰比较低，早期强度发展快的混凝土，其自生收缩、温度收缩产生的弹性拉应力易于超过抗拉强度，很快出现开裂。高早强混凝土的开裂第61页/共158页混凝土开裂与其收缩变形的关系

由上图看来，收缩受约束产生的拉应力和由于徐变释放的应力之间的相互作用，是硬化混凝土出现早期开裂的核心。混凝土由于收缩受约束而开裂，可因为下列因素减小：抗拉强度高、收缩应变小、弹性模量低、高徐变应变。这些因素都是与考察强度—耐久性之间的关系相关的。

第62页/共158页现代混凝土的特点对收缩的影响大流动性和泵送施工是在使用混凝土外加剂的前提下实现的，传统混凝土减水剂使混凝土的早期收缩显著增大。混凝土的强度普遍提高，高强混凝土在更多的建筑物中得以应用，造成混凝土更大的早期收缩开裂倾向。第63页/共158页混凝土—混凝土结构约束、环境条件影响原因四：约束第64页/共158页路面板收缩受底部基层强烈的连续约束柱梁收缩受端部约束梁结构混凝土——约束第65页/共158页重庆无渣轨道底板混凝土凿毛误区3：新老混凝土的粘结第66页/共158页尺寸浇注混凝土相邻结构放热尺寸刚度温度水泥品种水泥用量外加剂配合比浇注顺序浇注速率施工缝（长度）初温（Tc)冷却环境气温湿度模板隔热温度发展不均匀成熟度力学性能强度弹性徐变温度膨胀温度收缩断裂力学成熟度发展约束力学模型温度应力开裂风险开裂？各种方法相互影响的多因素决定混凝土温度应力和早期开裂示意图第67页/共158页“分解论”评价方式造成误导

如上所述，结构混凝土出现开裂现象，是多方面且相互存在显著交叉作用的原因所引起，因此以分解论的理念为基础，检测干缩、自生收缩、温升或温差等单一参数，以及它们之间简单叠加的评价方法，都难以对其开裂趋势获得符合实际的评价结果。事实上，混凝土开裂是内应力不断地累积超过了混凝土抗拉强度（更确切地，是断裂能）的结果，这种整体论的理念给我们寻求新的、较为合理的评价方法，提供了重要的启示。第68页/共158页第二部分混凝土抵抗开裂的主要技术措施1.为什么要避免开裂？

可能要考虑下列四方面影响：

1)开裂影响结构的整体性；

2)开裂可能会导致耐久性问题；

3)开裂引起服务功能丧失（例如渗漏、传音、饰面损坏等）；

4)开裂从美学角度无法让人接受。BiansaBaetens,etal.

ComputerSimulationforConcreteTemperatureControl.ConcreteInternational.

Dec,2002第69页/共158页例如，隧洞与各种过水结构物都要求水密性（不透水性），因为引水隧洞侧壁上出现的裂缝会导致严重的渗漏；在海洋环境中，氯离子进入更增加了引起钢筋锈蚀的危险。混凝土质量、裂缝的数量以及渗漏接缝的数量决定隧洞的水密性。水流经隧洞的混凝土本体、裂缝和渗漏接缝之比，分别为1:104:1010量级。BiansaBaetens,etal.ComputerSimulationforConcreteTemperatureControl.ConcreteInternational.Dec,2002第70页/共158页开裂的影响

高拱坝的坝踵开裂问题是对拱坝安全运行带有很大潜在威胁的根源,引起了各国坝工界的极大关注。如奥地利197ｍ高的Klnbrein双曲薄拱坝，在1978年水库运行蓄水过程中,坝踵发生了贯穿性裂缝，并损坏了防渗帷幕而引起严重漏水，该坝经历了近10年的修复加固过程，损失极大。周元德、陈观福、尹显俊、张楚汉；用工程类比分析法研究高拱坝坝踵开裂稳定性，水力发电学报，2002年第1期(专刊)；第71页/共158页奥地利Kolnbrein拱坝第72页/共158页奥地利Kolnbrein拱坝第73页/共158页一个不透水，但存在非连续微裂缝，且多孔的钢筋混凝土结构环境作用（第一阶段）（无可见损伤）1.侵蚀作用（冷热循环、干湿循环）2.荷载作用（循环荷载、冲击荷载）

由于微裂缝和孔隙连通并延伸到表面，不透水性逐渐丧失环境作用（第二阶段）（损伤的开始与扩展）水的渗入O2、CO2渗入酸性离子（Cl-,SO4-)渗入A：以下原因使孔隙内静水压增大、混凝土膨胀：钢筋锈蚀、碱-骨料反应、水结冰、硫酸盐侵蚀B：混凝土强度与刚度降低开裂、剥落与整体性丧失混凝土劣化的“整体性”模型第74页/共158页混凝土结构非荷载裂缝是影响耐久性的关键因素

非荷载裂缝导致的最严重后果是极大地降低混凝土结构的耐久性。其最基本的原理是，无论强度多高，混凝土多致密，一旦混凝土出现裂缝，对外界腐蚀介质来说就成为无障碍通道。

第75页/共158页技术措施之一大掺量粉煤灰混凝土技术大掺量粉煤灰混凝土的定义

很多国家标准或规程都将粉煤灰掺量为40%作为上限，规定很多情况下粉煤灰掺量不可超过40%，因此，多数研究者认为粉煤灰掺量在40%以上的混凝土定义为HVFAC较为合适。第76页/共158页大掺量粉煤灰混凝土可以抑制温度变形掺粉煤灰有利于降低温峰值和温峰出现时间

水化温升下降—粉煤灰掺量10-50%时，3天水化温升降低13.9%-52.1%

水化热显著减小—粉煤灰掺量10-50%时，3天水化热降低5.9%-35.1%

水化温升减慢、温峰出现时间推迟0.5-3.2h第77页/共158页掺粉煤灰有利于降低温峰值和温峰出现时间第78页/共158页粉煤灰显著降低温峰、推迟温峰出现时间第79页/共158页第80页/共158页大掺量粉煤灰混凝土可以抑制干缩变形粉煤灰的需水行为和减水作用。由于粉煤灰的的颗粒大多是球形的玻璃珠，优质粉煤灰由于其“滚珠轴承”的作用，可以改善混凝土拌和物的和易性,减少混凝土单位体积用水量，硬化后水泥浆体干缩小，提高混凝土的抗裂性。第81页/共158页

粉煤灰掺量是影响混凝土早期收缩变形的一个重要因素。大掺量粉煤灰混凝土早期收缩较小，有着良好抗裂性。由于混凝上的收缩主要受水胶比或用水量的影响，加人粉煤灰后，一方而减少混凝土的用水量，抑制混凝土的收缩.其收缩随粉煤灰含量的增加而减少。另一方面，粉煤灰在水泥浆体中由于微集料效应及火山灰反应生成大址水化C一S一H凝胶，填充了孔隙，相应补偿了部分收缩。第82页/共158页大掺量粉煤灰混凝土可以减少自生变形粉煤灰替代部分水泥，使水泥用量减少，同时也减少了水化反应总量，有利于降低混凝土自收缩。第83页/共158页距美国西部大陆约4000km的太平洋小岛上一座用手工雕凿成美观的大理岩石材建造的庙宇粉煤灰掺量60%，价格为200∕吨，水泥价格是$75∕吨第84页/共158页新中央电视台

大厦底板

混凝土浇注

2005,11-2006,1

拌合物配合比与工作度：水泥205kg/m3

粉煤灰205kg/m3用水量150kg/m3外加剂：聚羧酸或萘系高效减水剂；水胶比0.36坍落度200～220mm

第85页/共158页第86页/共158页未掺早强防冻剂的大掺量粉煤灰混凝土（50％质量比）正在浇注第87页/共158页第88页/共158页温度检测、发送与采集和匹配养护

Temperaturemeasurement,transmit,collectionandTMCTt现场试件加热装置电脑发送装置接收装置测温点养护箱转发装置第89页/共158页整个浇注过程基本顺利。因为粉煤灰掺量大，而它密度比水泥明显小，结果粉体体积比普通混凝土大，使拌合物的水胶比明显降低（大约在0.35左右），用水量因此减少了约50kg/m3，自由水大大减少，泌水现象自然就会明显改善！该工程混凝土的设计强度是60d达到C40，由于浇注体积大，温峰均超过50℃，实际检测结果表明14d龄期就基本达到了设计强度。

第90页/共158页采用较低的水胶比,在适当的温度下制备和浇注与及早地覆盖养护,是粉煤灰在混凝土中应用的关键技术。要获得良好的效果,抑制混凝土变形开裂，需要采用大掺量粉煤灰混凝土,现行掺量限制不利于发挥粉煤灰的作用,是以往大水胶比条件下实践经验的产物,需要重新检验。Mehta说:大掺量粉煤灰混凝土这一开创性的应用,无疑是粉煤灰材料在建筑工业中得到最有价值利用的标志。

第91页/共158页膨胀剂的应用

补偿收缩混凝上的确切定义是:用混凝土的限制膨胀来补偿混凝土的限制收缩。补偿收缩混凝上和普通混凝上的标致性区别是使用膨胀水泥或膨胀剂，赋予它适度的膨胀，钢筋约束膨胀产生压应力，主要用于补偿干缩与冷缩。第92页/共158页技术措施之二混凝土膨胀剂补偿收缩技术膨胀源：

UEA、CEA与水泥水化形成钙矾石，固相体积增加125%；CEA与水泥水化形成Ca(OH)2和钙矾石。第93页/共158页

以适量掺入(等量取代水泥)混凝土中，在混凝土凝结硬化的初期14d龄期内可生成大量膨胀结晶水化物—水化硫铝酸钙即钙矾石。使混凝土产生适当体积膨胀，用以补偿混凝土的收缩；在钢筋或邻位等限制下,膨胀能做功，可在混凝土中建立0.2-0.7MPa的预压应力，其压应力大致可抵消混凝土收缩时产生的拉应力，同时也推迟了混凝土的收缩过程,抗拉强度在此期间能获得增长。当混凝土开始收缩时，足以抵消混凝土收缩应力的作用，从而防止或减少混凝土收缩开裂。第94页/共158页混凝土的主要变形自由收缩，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，形向变形，不裂第95页/共158页关于膨胀剂对冷缩的补偿

地下建筑物受干燥收缩与温度变化的影响不大。因为地下建筑物长期处于潮湿状态下，混凝土含水膨胀，且设于地下，受四季冷热和日夜湿度变化的影响较小。第96页/共158页关于膨胀剂对冷缩的补偿

但值得注意的是，有很多在夏季施工完的地下工程，到第二年春天发现裂缝，主要原因是对冷缩估计不足，而补偿收缩混凝土对冷缩补偿有限；夏季浇筑的混凝土由于养护结束至回填的时段较长，干燥收缩与季节变化的温度下降引起的收缩互为促进，回填土后由于保温保湿养护作用，混凝土又恢复一定的膨胀，所以施工完的地下结构应该及早回填。第97页/共158页补偿混凝土的配制和施工

（1）水泥用量会影响膨胀率，故水泥称量要求准确。补偿收缩混凝土需水量大，而用水量增加，膨胀率减小且干缩率增大，所以应在允许条件下尽量少加水。

第98页/共158页补偿混凝土的配制和施工（2）补偿收缩混凝土拌合物粘稠，无离析和泌水现象，因此，泵送性能很好，宜于泵送施工。由于不泌水，凝结时间短，容易产生早期塑性收缩裂缝，所以，抹面和修整的时间可以提早，不宜过晚，并注意早期养护。拌合之后，如运输合停放时间较长，坍落度损失将引起施工困难，此时，不允许再添加拌合水，以免降低强度和膨胀率。（SL损失问题）第99页/共158页补偿收缩混凝土的养护

（3）膨胀剂在水泥水化过程中,需要较多的水分，且其他水化物的水化过程需要持续较长的时间，膨胀剂只有与水泥均匀混合,通过充分水化才能实现要求达到的膨胀率。补偿收缩混凝土浇筑后两周内就可达到全部膨胀值的60%-80%，保湿养护十分重要。第100页/共158页补偿收缩混凝土的养护浇筑后，立即开始养护,养护时间不少于14d，以充分供应膨胀过程中需要的水分。如养护不充分，混凝土中的水分很快蒸发，水泥不能充分水化,膨胀剂的作用也就不能充分发挥，膨胀剂中未反应的组分在混凝土使用期间，在合适的条件下会产生二次钙矾石而造成破坏。第101页/共158页补偿收缩混凝土的养护对于大体积混凝土，其配筋以内混凝土处于筋力的限制状态，补偿收缩混凝土对混凝土中心温度与表面温度之差的补偿很有效，而表面混凝土处于自由状态，对表面温度与环境温度之差的补偿有限，因此表面必须进行蓄水养护，减小混凝土温差应力，避免表面裂缝，效果较好。

第102页/共158页徐变对补偿收缩混凝土的影响

在混凝土湿养护期内，也就是膨胀阶段，混凝土中产生压应力，引起受压徐变，有使限制膨胀率减少的趋势，但由于一般压应力较小，且时间也短，所以，影响极小。当混凝土开始收缩后，混凝土的压应力开始减小，受压徐变也随之减小，当混凝土中产生拉应力时，受拉徐变也随之产生。受拉徐变增加了混凝土的拉伸变形能力，并能提高混凝土的极限延伸率，有利于防止混凝土的开裂。所以，为提高补偿收缩混凝土的徐变，可采用掺加外加剂、选用弹性模量较低的骨料等方法，以减少混凝土的开裂。第103页/共158页补偿收缩混凝土的耐久性

补偿收缩混凝土在周围有约束的条件下，产生侧向挤压力，使混凝土密实，抗渗性及抗冻性均优于普通混凝土。所以，以硅酸盐水泥熟料为主要组分的补偿收缩混凝土，由于碱度较高，钢筋在其中无锈蚀危险；碱度较低的补偿收缩混凝土，如果膨胀率较小，在限制条件下，密实性较好，锈蚀也较轻微。

第104页/共158页补偿收缩混凝土应用的几点体会补偿收缩混凝土最好应用于地下工程中。补偿收缩混凝土最好加强配筋，保证预加应力。补偿收缩混凝土最好不要用于水胶比很低的高强高性能混凝土中，补偿收缩作用小。第105页/共158页技术措施之三混凝土减缩剂的应用混凝土减缩剂(shrinkagesreducingagent)首先由日本日产水泥公司和Sanyo化学工业公司于1982年研制成。随后美国在1985年获得混凝土减缩剂的专利，在实际应用中取得了极其良好的技术效果。特别是对减小混凝土的自收缩具有很强的针对性。多年来，为了降低减缩剂的成本和改善混凝土的综合性能，对减缩剂的组成及复配技术开展了大量研究，并获得了多项专利。第106页/共158页我国关于减缩剂的研究和报导始于90年代，由于减缩剂的成本较高，一直没有得到推广应用，但随着我国经济基础的加强，特别是混凝土工程裂缝控制的迫切需要，以及减缩剂研究技术和产品性能的进一步提高，减缩剂这一新材料定将得到越来越广泛的应用。第107页/共158页减缩率是一个相对稳定值：施工养护和环境条件对混凝土的减缩率影响很小。亦即养护条件差或空气相对湿度小、风速大，混凝土的收缩增大时，由于减缩率基本一定，故其降低收缩的绝对值也增加。反之亦然。减缩剂几乎没有水泥适应性问题：这是因为减缩剂是通过水的物理过程起作用的，与水泥的矿物组成和掺合料等无关，且与其它混凝土外加剂有良好的相容性。第108页/共158页减缩剂对不同强度等级混凝土早期收缩的影响

第109页/共158页减缩剂对掺矿粉、粉煤灰混凝土的早期减缩效果不掺减水剂的混凝土（JJ），48h收缩率只有掺减水剂混凝土（J0）的25%。粉煤灰和矿粉的掺入，在不加减缩剂时，也能适当减小早期收缩，48h时分别为6.2%和11.6%。减缩剂对掺粉煤灰和矿粉混凝土的早期减缩效果同样十分显著，48h时的减缩率达到45%以上。

第110页/共158页减缩剂对水泥净浆干燥收缩的影响

第111页/共158页减缩剂对砂浆减缩率的影响第112页/共158页减缩剂掺量对混凝土收缩率的影响

第113页/共158页早期抗裂试验第114页/共158页早期抗裂试验装置第115页/共158页编号1m3混凝土各材料用量（kg）塌落度mm

水泥

水

砂

石子

减水剂

减缩剂

膨胀剂JJ1420190716107400080DJ42019071610747.6500210SJ42019071610747.657.650225UJ37019071610747.65050.4207第116页/共158页首条裂缝出现时间

第117页/共158页裂缝条数编号裂缝状况时间（d）61920294260JJ1裂缝数目012223DJ裂缝数目199121516SJ裂缝数目000122UJ裂缝数目001233第118页/共158页最大裂缝宽度与时间的关系

第119页/共158页减缩剂与膨胀剂双掺问题编号1m3混凝土各材料用量（Kg）

塌落度水泥水砂石子减水剂减缩剂膨胀剂凝结时间J042019071610747.650

10:10210AJ42019071610747.657.65

11:40225UJ389.619071610747.6530.410:30207UA389.619071610747.657.6530.411:00220第120页/共158页减缩剂与膨胀剂双掺问题第121页/共158页相对湿度对干燥收缩的影响第122页/共158页减缩剂应用试点工程BEAUTY

andDURABILITY第123页/共158页试点工程一：04年4月，楼板面积750m2，掺减缩剂的试验区约300m2。

裂缝数量减少60%。气温较低，环境湿度较高，所以作用效果不尽显著。第124页/共158页试点工程二：

04年7月18日。楼板面积820m2，各施工410m2。气温38℃，现场温度56℃。第125页/共158页裂缝数量对比时

间浇筑后24h测试浇筑后第13d测试位

置B区不掺SRA

A区掺SRAB区/A区(%)A区(不掺SRA)B区(掺SRA)B区/A区(%)裂缝数量（条）1131614.2489357.16单位面积裂缝数量（条/㎡）0.4540.07115.61.9660.1557.88第126页/共158页

裂缝长度

时

间浇筑后24h测试浇筑后第13d测试位

置A区(不掺SRA)B区(掺SRA)B区/A区(%)A区(不掺SRA)B区(掺SRA)B区/A区(%)裂缝总长度（mm）4814043208.9719364067603.49单位面积裂缝长度（mm/m2）193.519.19.87778.429.93.84第127页/共158页裂缝名义面积对比表

位

置A区(不掺减缩剂)B区（掺减缩剂）B区/A区(%)裂缝总名义面积（mm2）11450033122.89单位面积裂缝名义面积（mm2/m2）460153.26第128页/共158页混凝土浇后13d时的屋面楼板裂缝分布示意图

第129页/共158页几点想法：1.减水剂、泵送剂等化学外加剂极大地增加混凝土早期收缩、加速早期开裂、增加裂缝数量。

我们不能回避这一事实，关键是如何从生产用原材料、合成工艺和复配技术上加以改进。第130页/共158页2.减缩剂能有效降低混凝土的早期收缩、延缓早期开裂、减少裂缝数量。

关键是如何降低成本，并使我们的设计、施工和建设单位等认识和接受它。第131页/共158页技术措施之四混凝土纤维增强抗裂20世纪60年代中期Goldfein研究用合成纤维作水泥砂浆增强材料的可能性，发现尼龙、聚丙烯、聚乙烯等纤维有助于提高砂浆的抗冲击性。而Zollo等的实验结果表明，若在混凝土中掺加体积率为0.1﹪～0.3﹪的聚丙烯纤维时，可使混凝土的塑性收缩减少12﹪～25﹪。第132页/共158页增强理论－纤维阻裂理论和复合材料理论

纤维阻裂理论的通俗解说：当混凝土块体内部存在有发生微裂缝的倾向，并且可能向任何方向发展时，这条裂缝在最远不超过块体内纤维平均中心距离的路程就会遇到横亘在它前面的一条纤维。由于这些纤维的存在，使微裂缝发展受阻，只能在混凝土块体内部形成类似于无害孔洞的封闭的空腔或者非常细小的孔。

裂缝纤维第133页/共158页复合材料理论：是将多种单一材料结合或混合之后所构成的材料整体看作一个多相系统，其性能乃是各个相的性能的加和值。在纤维混凝土中，纤维材料与水泥基体之间形成良好复合体的前提有两个：一是纤维材料具有严格稳定的化学性质，即使在水泥水化时产生的强烈碱性物质也能安之若素，不发生任何变化；第二是纤维具有良好的自分散性，能够在正常混凝土制备所要求的搅拌时间之内完成在混凝土整体内无所不在的均匀性分散过程。第134页/共158页掺聚丙烯纤维能有效改善混凝土的早期自收缩特性。这可能与纤维表面的吸附水形成内养护有关。

1500g/m3600g/m3900g/m3第135页/共158页掺聚丙烯纤维能有效提高混凝土的抗冲击性能

编号XJXB1600g/m3XB2900g/m3XA2900g/m3初裂冲击次数坏冲击次数n255100123126试件破坏的冲击韧性w（J）1108201524792539初裂后继续吸收的能量Aw（J）181181202222第136页/共158页掺聚丙烯纤维能推迟裂缝产生的时间。且随着掺量提高，开裂时间延后，裂缝宽度减小。

第137页/共158页技术措施之五沉陷裂缝的防治措施

1)严格按照混凝土设计配合比搅拌混凝土,确保混凝土的合理性。要严格控制混凝土单位用水量在170kg/m3以下,在满足泵送和浇筑要求时,宜尽可能减少坍落度;掺加适量、质量良好的泵送剂和掺合料,可改善工作性和减少沉陷。2)混凝土搅拌时间要适当,时间过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷。3)混凝土浇筑时,下料不宜太快,防止堆积或振捣不充分。4)严格按照操作规程进行混凝土振捣。必要时,可以在混凝土浇筑1-1.5h后、混凝土尚未凝结之前,对混凝土进行两次振捣,表面要压实抹光。

第138页/共158页技术措施之五沉陷裂缝的防治措施5)做好混凝土的养护工作,在炎热的夏季和大风天气,采取缓凝或覆盖等措施,减少因表层水分迅速蒸发而形成的内外硬化不均匀而造成的裂缝。6)避免直接在松软土或填土上制作混凝土构件,如确因需要,必须对软土地基进行必要的夯压和加固处理。预制场地应夯打密实方可使用。第139页/共158页技术措施之五沉陷裂缝的防治措施7)现浇或预制混凝土构件的模板应支撑牢固,保证模板有足够的强度和刚度;加强混凝土浇筑中的模板和地基检查;做好周围排水,防止水管漏水或养护水浸泡地基;按规定时间和顺序进行拆模。第140页/共158页技术措施之六混凝土的养护

随着以使用减水剂、矿物掺合料等为主要特征的高强高性能混凝土(HSPC)和泵送混凝土的广泛应用,在取得显著成效的同时也出现了早期裂缝频频发生的问题,其原因是HSPC和泵送混凝土对环境因素的敏感性提高了。

第141页/共158页

早期裂缝的形成,最开始是由于初凝至终凝前后塑性收缩裂缝的出现,这类裂缝中宽度较大的部分通常能够引起足够的重视而得到适当的处理,然而部分细小的微裂缝(称为“隐式裂缝”)则容易被忽视,则在其后的干燥收缩过程中,在出现这类隐式裂缝的薄弱部位,裂缝进一步扩展,最终成为“显式裂缝”,即通常所指的干缩裂缝,由于此时混凝土强度与刚度发展均已相当成熟,因此,处理这类裂缝已不像凝结前后的塑性收缩裂缝那样,可以通过二次抹压等简单的方式加以修复。第142页/共158页混凝土浇筑面受到风吹日晒，表面干燥过快，产生较大的收缩，受到内部混凝土的约束，在表面产生拉应力而开裂。如果混凝土终凝之前进行早期保温、保温养护，对减少干操收缩有一定作用。第143页/共158页混凝土塑性开裂的原因

塑性收缩裂缝的出现与混凝土表面水分蒸发速率、泌水速率及初凝时间有关。如果新拌混凝土表面泌水层的蒸发速率超过泌水速率,塑性收缩就可能快速发展,是引起裂缝的主导原因。我们观察到首条裂缝通常出现在泌水膜消失后0·5—2h左右。

第144页/共158页混凝土塑性开裂