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 混凝土裂缝产生的原因和防治

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2009-04-11
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混凝土裂缝一般可分为荷载和变形发展。荷载裂缝又可分为外荷载和荷载次应力裂缝;变形裂缝也可分为材料自身变形裂缝和结构变形裂缝。本文所述的只是混凝土自身变形所产生的裂缝,也有学者称之为间接裂缝,而非其它裂缝。
1概述
1引言
混凝土裂缝一般可分为荷载和变形发展。荷载裂缝又可分为外荷载和荷载次应力裂缝;变形裂缝也可分为材料自身变形裂缝和结构变形裂缝。本文所述的只是混凝土自身变形所产生的裂缝,也有学者称之为间接裂缝,而非其它裂缝。
2国内概况
在以前,混凝土裂缝并不是一件可怕的事情,在工地现场搅拌、小车运送、料斗浇注形式的混凝土,只要对混凝土的原材料的质量混凝土的搅拌和浇注以及成型、养护稍加控制,混凝土的裂缝是完全可以避免的。然而现在的混凝土为商品混凝土,混凝土原材料质量控制、配合比计量控制以及混凝土搅拌、运送、泵送浇注的技术含量有了空前的提高,尽管混凝土的养护也做到了尽善尽美,混凝土的裂缝却变成了不可避免的事,真可谓没有不裂的混凝土。混凝土的裂缝已从特殊性转化为普遍性;从可以控制发展成不可控制已成为混凝土质量的通病,引起工程技术人员的普遍重视。 深受其害的首先是露天混凝土结构,如城市桥梁,有害的腐蚀介质都是通过这些裂缝来侵蚀混凝土的;其次是房屋建筑的地下室以及地上结构屋面板、楼板和墙板,使其造成严重的渗漏。 在房屋建筑中,虽然大多数混凝土的裂缝,并联不影响混凝土的结构强度,介随着住宅建筑的商品化,消费者对混凝土裂缝的投诉越来越多,因此受到住宅建筑开发商和施工企业的高度重视。
3国外概况
裂缝所引起的混凝土耐久性问题,在美国引起轰动。1987年美国国家材料顾问委员会提交的报告报道大约253000座混凝土桥梁的桥面板,其中部分仅使用不到20年,由于混凝土裂缝已经导致不同程度地破坏,而且每年还将增加35000座。 根据美国国家公路合作研究计划最近的检查结果表明,90年代美国混凝土桥面普遍转向使用更高强度的混凝土,但发现10万座混凝土桥面板是在混凝土浇筑后一个月内就出现了间隔1-3米的贯穿性裂缝。看来高强混凝土还是无济于事。研究还表明:这些结构物的设计、材料和施工都是符合现代技术发展水平的。 对混凝土裂缝所引起的耐久性的重视,主要是由于经济因素,美国的一些专家预计,修补和翻修现有基础设施的费用以10亿美元计。 与投稿世额修补和翻修费用相比,研制抗菌素裂性能更好的混凝土,延长结构的使用寿命,而只需很少的维修费用,肯有更重要的意义。现在病历提出研制不裂缝、耐久性达到100年甚至更长的混凝土。 2混凝土材料裂缝产生的原因。
1裂缝产生的原因
受约束的混凝土,当温度、混凝土收缩等因素所产生的拉应力大于混凝土极限抗拉强度时,混凝土就被拉裂而产生裂缝。 Rogalla等人在1995年普查了美国的混凝土桥面板后得到的结论是:一、混凝土收缩导致大部分裂缝。而不是由于混凝土硬化期交通荷载或振动作用;二、这些桥面板都是用高强混凝土制备,早期具有高弹模,因此在温度变化一定或干缩量相同甘共苦时,产生较高的应力;更重要的是:混凝土的徐变对这种应力没有什么释放作用;三、高强混凝土通常水泥用量较大,因此收缩更大,早期水化时的温度更高;现今的水泥由于细长大、含较多的碱和C3S,就更容易导致开裂。 从以上可以知道,导致混凝土的裂缝的主要原因是由于混凝土收缩引起的。

3. 2混凝土收缩 混凝土收缩包括:混凝土自收缩和混凝土干缩。混凝土自收缩主要是指在与外界绝湿的条件下混凝土的收缩;混凝土的干缩是在某些方面混凝土毛细孔中多余的水的蒸发所导致混凝土体积的缩小。不论是自收缩或干缩,还包括混凝土的化学收缩,这是我们以前已已知道的。那也什么是导致混凝土裂缝一发不可收拾的原因呢?其原因包括以下几方面: 2.2.1水泥性能对混凝土收缩的影响

2 《 混凝土裂缝产生的原因和防治 》
2.2.2外加剂对混凝土收缩的影响 2.2.3混凝土硬化前的收缩 2. 3"早强"带来的后果
为追求高效益,必须加快工程进展,往往要求混凝土早强,早强便混凝土水灰比减少,导致混凝土自收.


, 缩增大;早强使混凝土的早期弹性模量大大增加,大家知道混凝土收缩产生的拉应力与混凝土收缩量和弹性模式成正比,从而大大增加了因混凝土收缩所产生的拉应力。这对于脆性材料的混凝土来说,无疑是一个致命的打击,使本来能抵抗收缩所产生的拉应力的事实成为泡影,其结果混凝土只能被拉裂。 3. 4使混凝土产生裂缝的其它原因
当然混凝土的裂缝是由多种原因造成的,包括设计、材料、施工各个环节,这里不再详述。
3防治裂缝技术措施 3.1水泥的选择 3.2外加剂的选择 
高性能外加剂的一个重要指标是收缩率比。普通外加剂的收缩比为135%,那么高性能外加剂的收缩率比应小于等于100%。也就是说,添加外加剂的混凝土收缩性能起码要与普通混凝土相当,而不能低于普通混凝土。这里介绍一种高性能液体高效减水剂,其掺量为水泥用的2.5%的情况下,其减水率为25%,收缩率比仅为67%,也就是说掺加了高性能外加剂,其收缩值只是普通混凝土的67%。
3.3掺合料的选择 在混凝土中掺加抗裂性能好的活性掺合料,不仅可以降低水泥厂用量,减少混凝土收缩,耐用可以缓解混凝土早期开裂的危险性。因为掺加抗裂性能好的活性掺合料可以降低混凝土早期强度,减少混凝土的早期收缩,从而缓解混凝土早期开裂的危险性。并能增进混凝土的后期强度。 3.4施工措施 在混凝土浇注成型后,应及时覆盖,避免水分蒸发。混凝土浇灌1-2小时后,有条件的工地可对混凝土二次复振,可提高混凝土强度5%-20%。据日本一些资料介绍,在气候条件不好的季节施工,可在楼板混凝土浇注后1小时左右再进行振捣,其用意是待混凝土沉缩一阶段后,再振捣将其裂纹消除。 应该指出,根据最新的研究表明:良好的早期养护,对混凝土的强度极其密实性是和要的,然而过度的湿养护,对混凝土的抗裂性能具有副面影响。要获得具有良好抗裂性能的混凝土,只有适当的养护,才能使混凝土的早期强度不至于过高,从而能使早期的混凝土具有良好的松驰性能,释放混凝土早期收缩圈套而产生的强拉应力,同时能保持较多的未水化的水泥颗粒,使其具有良好的裂缝自愈能力。 3.5构造措施



4高性能混凝土 4. 1对以往防止混凝土裂缝技术措施的评价 4.1.1级配混凝土 4.1.2加密配筋混凝土 4.1.3微膨胀混凝土 4.1.4关于混凝土抗裂性能的评价方法 我国现有的评价混凝土抗裂性能研究的试验方法有混凝土自由收缩试验方法限制膨胀试验方法。然而这两种试验方法对混凝土在实际工程中的抗裂性能的评价,不能提供足够的信息。自由收缩试验方法,不能反映在约束状态下的混凝土应力状态下,才能达到补偿混凝土收缩的作用。 到目前为此,我们认为评价混凝土抗裂性能的较好试验方法是评价塑性抗裂性能的平板试验和评价混凝土在约束状态下的应力松驰性能的圆环试验方法。对这两种试验方法, 我们正在做进一步的试验研究,有关研究成果,将另行发表。 防裂混凝土应向高性能混凝土方向发展,这是不言而喻的。根据防裂混凝土的特点,其发展方向如下: 4.2.1具有高度体积稳定性的混凝土,即具有较小的收缩,达到在约束状态下的混凝土,其极限收缩所产生的拉应力小于混凝土的极限拉应力,使混凝土自身具有抵抗开裂的能力。 4.2.2具有较小的水化热,避免混凝土因内外温度梯度所产生的拉应力而拉裂混凝土。 4.2防裂混凝土发展方向 4.2.3具有良好的耐久性,包括:很强的抗水渗透能力、抗氯离子渗透能力、抗硫酸盐腐蚀能力、抗碳化能力和抗冻能力。 4.2.4向绿色混凝土方向发展。尽量减少水泥用量,以减少因生产水泥所产生的二氧化碳;利用工业废料或城市废弃物,生产混凝土原材料,保护人类生存环境。
4.3高性能混凝土 下面介绍三种具有很强抗裂性能的高性能混凝土。 4.3.1高性能补偿收缩混凝土 高性能补偿收缩混凝土与普通微膨胀混凝土的多另是前者能补偿50%以上的收缩,而后者不能或只能补偿混凝土很小的收缩量;前者不会发生"延误膨胀",而后者会发生"延迟膨胀"。 这种高性能混凝土在施工中,可在100米内连续浇注混凝土,180米内只设加强带而不设后浇带,可大大提高施工速度,深受建设、设计和施工单位的欢迎。 4.3.2纤维高性能混凝土 纤维高聚物性能混凝土是采用高性能外加剂和高性能纤维拌制而成的,具有高抗裂性的高性能混凝土。 高性能外加剂的性能指标如本文中3。1所述,这时不再详述。CABR-FIBER高性能纤维,其性能指标如表达式所示。 表达式:高性能纤维与美国杜拉纤维性能对比 性能指标 CABR-FIBER高性能纤维 美国杜拉纤维 抗拉强度(MPa) 1600 276 弹性模量(MPa) 45000 3793 我们对普通混凝土、微膨胀混凝土和纤维高性能混凝土的各种性能进行了对比试验,对比试验原材料如表2所示,配合比如表3所示。 对比试验内容包括抗压强度、避裂抗拉强度、抗折强度和混凝土抗渗试验,结果见表4。 表2:地比试验原材料选用 材料名称 材料品种 水泥 普通拉法基425# 石子 碎卵石,最大粒径20mm 砂子 河砂,细度模数2.6 外加剂 CABR-SF高性能外加剂;FDN高效减水剂 纤维 CABR-FIBER高性能纤维 膨胀剂 UEA天津 表3:对比试验混凝土配合比 类 型 试样编号 水泥(kg) UEA(kg) 纤维(kg) 石子(kg) 砂子(kg) 水灰比 外加剂品种 外加剂掺量(含固量) 基准 R8-2-3 300 0 0 1138 759 0.67 _ 0 FDN+UEA R8-10-3 276 24 0 1138 759 0.51 FDN 0.65% SF+纤维 R8-2-2 300 0 0.6 1138 759 0.51 CABR-SF 0.60% 注:FDN+UEA表示掺FDN与UEA的混凝土;SF+纤维表示掺CABU—SF与CABR—FIBER纤维的混凝土。 表4:对比试验结果统计 类型 试样编号 龄期 养护条件 抗压强度MPa 劈拉强度MPa 抗折强度MPa 抗渗 基准 R8-2-3 3 标养 17.3/100 0.70/100 —— —— EDN+UEA R8-10-3 3 标养 22.3/129 1.60/228 —— —— SF+纤维 R8-2-2 3 标养 33.1/191 2.06/294 —— —— 基准 R8-2-3 7 标养 22.0/100 1.44/100 —— —— FDN+UEA R8-10-3 7 标养 29.6/135 2.29/159 —— —— SF+纤维 R8-2-2 7 标养 43.4/197 2.60/181 —— —— 基准 R8-2-3 28 标养 33.6/100 2.01/100 4.12/100 6MPa已涌透 FDN+UEA R8-10-3 28 标养 48.9/146 2.12/105 4.50/109 4MPa已涌透 SF+纤维 R8-2-2 28 标养 54.6/163 3.44/171 5.58/135 4MPa高度4-5mm 从表中可以看出,纤维高性能混凝土的抗压比基准混凝土有很大的提高,R3和R7提高90%以上,R28提高60%以上。最值得注意的是纤维高性能混凝土能有效地提高混凝土的抗拉强度,这是其它任何混凝土所没有的。混凝土的28天劈拉和抗强度,比基准混凝土提高71%和35%,而微膨胀混凝土28天强度,只有抗压强度有所提高,劈拉和抗折强度几乎没有提高。纤维高性能混凝土的抗渗压力大大提高,而微膨胀混凝土的抗渗压力比基准混凝土没有提高。这说明纤维高性能混凝土具有很强的抗裂、抗渗和抗腐能力。 4.3.3低收缩高性能混凝土技术 补偿收缩混凝土、是混凝土生产微膨胀来补偿混凝土的收缩,而低收缩高性能混凝土是混凝土不产生微膨胀、靠减少自身的收缩来达到其高性能的。还有一点是低收缩高性能混凝土的早期弹性模量较低,这对于混凝土的防裂是非常有利的。 低收缩高性能是混凝土的技术途径是:其一,大幅度减少水泥用量,每立方米混凝土的水泥用量为200-250kg;其二,大掺量磨细活性矿物掺合料,达到总胶凝材料的30%-60%;其三,是低水胶比,在0.25-0.35之间。 其技术经济指标为: 收缩:28天小于0.18mm/m 抗压强度:1d、28d和180d分别为10MPa、5MPa、70MPa 抗渗:大于S40 混凝土绝热升温:小于550C 抗冻:-15OC300次,强度、质量无损失 碳化:无 钢锈:无 混凝土生产技术:略高于普通混凝土 混凝土的裂缝是不可避免的,其微观裂缝是本身物理力学性质决定的,但它的有害程度是可以控制的,有害程度的标准是根据使用条件决定的。目前世界各国的规定不完全一致,但大致相同。如从结构耐久性要求、承载力要求及正常使用要求,最严格的允许裂缝宽度为0.1mm。近年来,许多国家已根据大量试验与泵送混凝土的经验将其放宽到0.2mm。当结构所处的环境正常,保护层厚度满足设计要求,无侵蚀介质,钢筋混凝土裂缝宽度可放宽至0.4mm;在湿气及土中为0.3mm;在海水及干湿交替中为0.15mm。沿钢筋的顺筋裂缝有害程度高,必须处理。  近年来预应力混凝土应用范围逐渐推广到更多的结构领域,如大跨超长、超厚及超静定框架结构,其混凝土强度等级必须提高至C50。在采用泵送条件下,其收缩与水化热大大增加,约束应力裂缝很难避免,张拉前开裂,张拉后又不闭合,裂缝控制的难度更加困难。预应力结构裂缝允许宽度是严格的,预应力筋腐蚀属“应力腐蚀”并有可能脆性断裂,预兆性较小,裂缝扩展速度快。裂缝深度h与结构厚度H的关系如下:h≤0.1H表面裂缝;0.1H<h<0.5H浅层裂缝;0.5H≤h<1.0H纵深裂缝;h=H贯穿裂缝。  应当尽量避免贯穿性及纵深裂缝,如出现该种裂缝应采取北京冶建工程裂缝处理中心工程师品牌的技术,进行化学灌浆处理来保证强度,即贯缝抗拉强度必须超过混凝土抗拉强度。
 
其实混凝土裂缝产生的原因和时间过程是一个相当繁琐的问题,几本书都写不完,楼主的文章只是分析了一些外在原因及施工过程中容易产生的问题,而材料本身,外加剂,混凝土所处环境等等都有可能引气混凝土裂缝产生。
 
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