《ACI 224R-01 - Control of Cracking in Concrete Structures (中文版).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ACI 224R-01 - Control of Cracking in Concrete Structures (中文版).docx（18页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、混凝土结构裂缝控制由ACI 224委员会报告本报告阐述了裂缝产生的主要原因和裂缝控制推荐程序，回顾了当前混凝土微裂 缝和断裂的相关知识，详细地涵盖了由于干燥收缩产生的裂缝的控制、和受弯构 件、盖板及大体积混凝土施工中的裂缝控制。同时一，把裂缝上的长期效果考虑在 内，介绍了施工过程中裂缝控制的程序。包含的信息能协助实际和有效的混凝土 结构裂缝控制大纲的编制。报告中还提供了大量的参考文件。关键词：骨料、锚固（结构）、桥梁面板、水泥-骨料反响、混凝土施工、混凝土 路面、混凝土板、冷却、腐蚀、裂缝蔓延、裂缝宽度和间距、裂开（断裂）、干 燥收缩、水化热、大体积混凝土、微裂缝、聚合物改良混凝土、预应力混凝
2、土、 钢筋混凝土、约束应力、收缩、不收缩混凝土、温度、张应力、热膨胀、体积变 化ACI委员会报告、导那么、标准惯例和注释均意在用于指导施工的计划、设计、执 行和检查。ACI委员会文件是供那些有能力评估其内容和建议的重要性和局限性, 能承当应用其包含材料的责任的使用者使用。美国混凝土学会否认对所述的准那么 负有任何和全部责任。学会不对因此而产生的任何损失或损害负责。本文件的参考文件不得用在合同文件中。如果建筑师/工程师需要将本文件中出 现的条款作为合同文件的一局部，那么这些条款应由建筑师/工程师用强制性语 言重新表述并融合到合同文件中。恒定的情况下，在列出的含水量范围内，含水量（灰浆含量）与混凝
3、土收缩大致 呈线性关系。温度同样会对同样塌落度的新浇混凝土产生影响（图3.6）o含水 量的减少，减少了含灰量，会降低混凝土最终收缩。因此，混凝土拌合物的含水 量（和含灰量）应尽量降低来减少干燥收缩和混凝土的裂缝趋势。图3. 7描绘了 指定骨料含量下混凝土收缩随w/cm增大而增多。在较低骨料含量时这种效果更 为显著（0dmanl968）o干燥收缩百分比干燥收缩百分比WATER CONTENT OF CONCRETE混凝土含水量图3.5混凝土含水量对干燥收缩的典型影响（USBR1981）(K)E、B*)K)PA、q- .1NUJJLN0。BLdlvM含水量TEMPERATUROFRESH CONC
4、RETE16001600收缩o0304050607Water/ Cement Ratio图3. 6新浇混凝土的温度对其含水量要求的影响800400OL08新浇混凝土温度水灰比图3.7 W/C和骨料含量对收缩的影响(Odman 1968)3. 4. 4构件尺寸的影响-混凝土构件的尺寸及形状和水泥浆的孔隙影响了混凝土 的干化速率，因此会影响收缩速率。形状会影响外表面积和构件体积之比，比率 越高干化速率越高。对于指定的混凝土，在给出的时间内观察到的收缩随试样的 尺寸增大而增加。这种情况描述在图3. 8中(Bryant和Vadhanavikkit 1987), 得出400mm(8英寸)厚的混凝土块长期
5、收缩结果。不一定能到达结构构件在预期 使用寿命内的最终收缩。水分扩散的其他后果是外表和内部的水分会发生差异。对于一个所有外表都发生 水分蒸发的试样，水分最低的外表的收缩应力最大，并且收缩应力朝高水分区域 逐渐降低，出现不均匀自平衡内部应力。张应力在外表和外表附近出现，压应力 在中心和中心附近出现，如图3. 9所描绘。如果不匀称地发生干化，从一边出现干化或结构不匀称，那么就会出现翘曲。在 水平面上的板，翘曲是导致裂缝的主要原因。水分仅从上外表蒸发，导致上外表 收缩更大。上外表附近的混凝土局部受到收缩的约束，因为这些混凝土是附着到 板底部混凝土的，底部的混凝土更为湿润而且收缩程度比上部混凝土要小。
6、这种 约束在上外表及上外表附近产生张应力，导致板发生翘曲或卷曲，板的自由边能 从地面翘起。如果板的边缘由于移动受到约束，那么板不允许发生翘曲，上外表受 到的张应力较大。如果受约束的收缩引起的张应力超过混凝土的抗拉强度，那么 就会出现裂缝。当翘曲的悬臂受到竖向压力时，在板的边缘附件也有可能出现裂 缝。800700SHRINKAGE .Temperature 20 * C收缩收缩(微应力)温度:20600Drying beyan al day 8100mm ) 150mm i200m 300m 400mm Sealedprism prism prism priain prism20010010w相
7、对湿度:60%第8天开始干化100mm150mm200mm300mm400mm密封的四角棱柱体四角棱柱体四角棱柱体四角棱柱体四角棱柱体x xx 翼 X pc x xtoo100010000Age of Concrete ( days )混凝土龄期(天数)图3. 8试样尺寸对收缩的影响(Bryant和Vadhanavikkit 1987)压力底部顶部(c) Actual strainc.实际应力Hypothetical shrinkagestrain if not restrained(a) Self-equilibrating straindue to internal restrainta.
8、如不受到约束的 假设应力b内部约束导致的自平 衡应力图3.9内部收缩约束钢材ORIGINAL LENGTH原始长度原始长度EXPANSION PUTS STEEL IN TENSION AND CONCRETEN t*膨胀使钢材受到张力，使混凝 士受到压力膨胀使钢材受到张力，使混凝 士受到压力COMPRESSIONRESIDUAL EXPANSION OR, SMALL CONTRACTIONRESIDUAL EXPANSION OR, SMALL CONTRACTION收缩和徐变导致的应力丧失 STRESS LOSS DUE TO SHRINKAGE AND CREEP剩余膨胀或少量缩紧图3
9、.10不收缩混凝土基本概念3.4.5 养护对收缩的影响-据Carlson (1938)报告，保湿养护的持续时间对最 终干燥收缩没有太大的影响。根据加利福尼亚交通部的试验结果显示(1963), 干化开始前保湿养护7天、14天和28天的混凝土的收缩是大体一样的。对混凝 土的裂缝趋势来说，延迟保湿养护时间并无太大作用。通常推荐的保湿养护时间 应至少为7天。(更多信息请参见ACI 309)。密封养护是指不减少或增加水分的养护。这种情况下仅会发生自收缩。自收缩的 原因是水合作用的产物占据的体积比水泥和水占据的体积要小。自干燥现象在低 w/c密封条件养护的混凝土中是个重要问题，此时孔隙会干化而且水合作用变
10、慢。 自收缩应力 大约在 40 到 100*10 一6 之间(Davis 1940 )。Houk, PaxtonHE Houghton (1969)发现自收缩随温度、含灰量和水泥细度成增大而增大。3.4.6 外加剂影响-外加剂对混凝土收缩的影响未知。例如，相比控制试样，有 氯化钙时早期收缩会增加100%,而晚期收缩那么增加40吼(ACI 212. 3R)加气量在5%时导致的收缩增长不超过10虬(Carlson 1938)由 Ghosh, Malhotra(1979), Brooks, Wainwright 和 Neville (1979) , Feldman 和 Swenson得出的结果显示，
11、大比例减水外加剂的使用会增加收缩。根据 Yttebery(1987),大比例减水外加剂降低收缩的比例与他们减水能力不成正比。3. 5收缩裂缝的控制当外表暴露到相对湿度减低的空气或大风时，混凝土会由于干化而收缩。因为各 种约束导致混凝土不能自由缩紧，就会产生裂缝，除非环境相对湿度控制在100% 左右。裂缝的控制包括尽量降低裂缝的趋势、适当地使用足够的定位筋和使用伸 缩缝。CEB-FIP模型标准通过列出各种参数判定处理裂缝的等级，给出了大量裂 缝控制的建议。通过正确施工惯例对裂缝进行控制的信息包含在第八章。使用膨胀水泥生产不收缩混凝土同样可以减少裂缝。这在第3. 6节中进行讨论。3. 5.1减少裂
12、缝趋势-用于减少混凝土收缩而采取的措施也同样可以用于减少裂 缝趋势。通过减少混合物的水量和使用尽可能粗的骨料可以降低干燥收缩。使用 均匀级配的骨料、高粘稠度和低初凝温度可以降低混凝土的用水量。如果应力缓慢施加，混凝土可以承受更高的拉张应变。因此，应防止混凝土快速 干化。可以通过使用养护混合物阻止混凝土快速干化，即使在保湿养护后使用养 护混合物也能获得效果。3. 5.2钢筋-正确配置足够数量的钢筋会减少裂缝的数量和宽度，减少不悦目的 裂缝。通过黏合应力将收缩约束分布在钢筋上，裂缝被分散，所以会出现大量的 窄小裂缝而不是少量的宽大裂缝。虽然在相对薄的混凝土中使用钢筋能控制裂缝, 在大体积结构中如大
13、坝却是没有必要的，因为这些大体积混凝土结构的干燥收缩 非常低。在结构楼板、屋面板和墙体中控制温度和收缩裂缝使用的钢筋的最小数 量和间距在ACI 318或在ACI 350R中进行了讨论。最小钢筋百分比，0. 18%到 0. 20%,通常不能将裂缝控制在容许设计极限内。为了将裂缝控制在更低的水平， 钢筋的百分比需要超过0. 60%。3. 5.3缝-缝的使用时防止不悦目裂缝形成的有效方法。如果一个较长或较大的 混凝土如墙体、板或路面，没有设置足够数量的缝来处理收缩，混凝土会通过开 裂产生自己的缝。伸缩缝是设置在墙体上的，例如，使用将木条或胶条绑在模板上后，在墙体两面 的混凝土中留下窄小的竖向槽。因收
14、缩而产生的墙体裂缝会在槽的位置上出现， 释放了墙体的应力，防止缝间出现不悦目的裂缝。应对这些槽进行密封防止水分 穿透。锯成缝通常使用在路面或地面上的板中。缝的位置根据浇筑的特点确定。 应对每个因素进行研究，判定缝的设置位置。ACI 224. 3R讨论了混凝土施工中 缝的使用。缝密封剂和板中伸缩缝位置的指导可以参见ACI 504R和ACI302. 1RO3. 6不收缩混凝土用膨胀水泥制成的不收缩混凝土可以用来减少或消除收缩裂缝。膨胀水泥混凝土 的属性和使用概述在ACI 233, ACI223(1970),ACI SP-38和ACI SP-64中。以前 生产的膨胀水泥中，目前在美国能够得到的只有K
15、型不收缩水泥(ASTM C845)O 可以使用多种成分材料生产不收缩混凝土。在不收缩钢筋混凝土中，水合作用的几天内水泥浆的膨胀会产生较低预应力，在 钢筋上产生张应力，在混凝土中产生压应力。在不收缩混凝土中产生的压应力的 范围在0. 2到0. 7MPA (25到lOOpis)之间。水分开始从混凝土中蒸发后，产生 正常收缩。混凝土的缩紧会导致其自身预压力的降低或丧失。混凝土的初步膨胀减低了由于收缩收到约束而产生的任何张应力。使用膨胀水泥来生产不收缩混凝 土的基本概念描绘在图3.10中。为了获得足够的膨胀，需对缝进行细节处理。图3.11中对不收缩混凝土和比波特兰水泥随时间而发生的典型长度变化进行了
16、比照。同样数量的钢筋，在波特兰水泥制作的钢筋混凝土使用时，比在不收缩混 凝土中使用获得的弹性约束更好。为了用不收缩混凝土的膨胀属性更好地防止外 露混凝土外表的收缩裂缝，必须在最终饰面后马上开始实际的和不间断的保湿养 护（保湿覆盖或蓄水）。对在充分湿润的地基上的板，可以通过喷涂薄膜或防水 覆盖进行养护。对不收缩混凝土的养护不当会导致钢筋膨胀长度缺乏以抵抗后续 的干燥收缩引起的裂缝。关于不收缩混凝土的使用建议和信息包含在ACI 223R中。中。Z0-WZS zo-H0i.ejms u1pox混凝土范围concrete range0.00.00.20.40.60.81.0Relative Aggre
17、gate Vblume相对骨料体积图3.4相当骨料含量和模量比率对混凝土干燥收缩的影响（Hansan及Almudaiheem 1987）表3.1 -骨料类型对混凝土收缩的影响（carlson后【1938】）骨料比重吸收能力1年收缩，%沙石2. 475.00. 116页岩2. 751.30. 068花冈石2. 670.80. 047石灰石2. 740.20. 041石英2. 660.30. 0323. 4.3灰浆含量和w/cm-用塌落度测试测量的粘稠度是混凝土配料时的一个重 要参数。获得指定的塌落度所需的搅拌用水取决于所使用的最大骨料尺寸，因为 最大尺寸影响了需要用水泥浆覆盖的总骨料外表面积。降低最大骨料尺寸会增加 需要灰浆覆盖的总外表面积。因此会需要更多的水和水泥以便获得指定的坍落度。 w/cm相同的情况下，混凝土收缩随用水量增加而增加，因为灰浆体积增加了。 这与图3. 4中描绘的及图3. 5中美国资源再利用局（1975）获得的结果一致。w/cm