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1、钢筋混凝土收缩裂缝机理与控制钢筋混凝土收缩裂缝机理与控制西南石油大学西南石油大学土木工程与建筑学院土木工程与建筑学院王欣王欣报告思路v一、研究混凝土裂缝的原因一、研究混凝土裂缝的原因v二、钢筋混凝土收缩裂缝产生原因二、钢筋混凝土收缩裂缝产生原因v三、钢筋混凝土收缩裂缝的控制三、钢筋混凝土收缩裂缝的控制一、研究原因v混凝土作为目前用量最大的一种建筑材料，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术问题。而混凝土结
2、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。塌也都是从结构裂缝的扩展开始而引起的。如地下工程如地下工程(地下室、地下仓库、地下人防工地下室、地下仓库、地下人防工程等程等)，若出现裂缝，将会产生大量的渗水。，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
3、许混凝土结构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。出现有明显的裂缝。二、收缩裂缝产生的原因收缩裂缝收缩裂缝分为自收缩裂缝和干燥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，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，以抵抗因收缩受到限制所引起的应力时，就产生开裂就产生开裂 泌水速率泌水速率 蒸发速率蒸发速率开裂开裂自收缩自收缩 在与外界没有水分交换的条件下，混凝在与外界没有水分交换
4、的条件下，混凝土内部自干燥作用引起的宏观体积收缩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、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减水剂品种与掺量、骨料品种与比例有关自收缩机理自收缩机理 水化反应进行过程中，一部分拌合水由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，凝胶孔内部只收缩很小；水灰比较小时，凝胶孔内部只有部
5、分充满水，形成弯月面，外界的压力有部分充满水，形成弯月面，外界的压力使水泥浆体收缩。使水泥浆体收缩。干燥收缩干燥收缩v干燥收缩是水泥基混凝土的固有特性，是干燥收缩是水泥基混凝土的固有特性，是混凝土在混凝土在未饱和空气中向外界散失水分而产生的收缩。未饱和空气中向外界散失水分而产生的收缩。浇注浇注时呈流动状态的混合介质，硬化后呈固体状态。除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
6、泥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。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v1、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
7、的最有效的措施之一v2、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v3、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
8、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。v4、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
9、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
10、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。v5、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
11、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 水泥浆体的干缩与失水量的关系图6表示固体水泥浆体的干燥收缩量与失水比例的关系，失水率从0增加到17%（相对湿度为100%到40%左右），收缩量约为0.6%，而失水量继续增加时，则带来的收缩量却迅速增加（右边陡然下降的折线）因为后一阶段的收缩多为胶体孔隙水的丧失所引起。v6、构件尺寸 构件尺寸主要影响混凝土内部水分丧失的速率，因而影响收缩的速率。研究表明，将混凝土置于50%相对湿度的环境中，混凝土从表面逐渐向内干燥，一个月后可深入到7.5cm深处，而10年后也只能深入到60cm。处理具体工程实践时，实际尺寸构件与试验室小试
12、件的差别必须予以考虑。三、控制收缩裂缝的措施v配制低收缩量的混凝土v降低混凝土的干燥速率，延缓表层水份损失v降低混凝土水化热 v掺UEA膨胀剂v配制低收缩量的混凝土（1）减少拌合水的用量（2）加大粗骨料的最大粒径和骨料含量（3）尽量减少水泥用量v降低混凝土的干燥速率，延缓表层水分损失（1）正确养护混凝土，尤其是早期头几个小时和浇筑当天的养护。（2）保证混凝土强度的前提下，宜尽早松开模板，并将养护注入（3）拆除模板后，扔应保证暴露的混凝土表面不受阳光和风的直接作用并使之潮湿。（4）达到规定养护时间，覆盖层扔应保留若干天。补偿收缩混凝土补偿收缩混凝土 膨胀剂防裂技术的应用，必须具有专门的知识和技术
13、 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补偿收缩混凝土补偿收缩混凝土 高温6070下膨胀效能下降 需有充分的水补给，早期干燥缺水，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v降低混凝土水
14、化热(1)选择水化热低的水泥，优先选用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥。(2)掺入高效减水剂，以增加混凝土的和易性。(3)掺加缓凝剂，使混凝土能在较长时间内保持塑性，从而调节新拌混凝土的凝结时间，减少水化热。v掺UEA膨胀剂 掺入UEA膨胀剂，以抵消混凝土干缩时产生的拉应力，补偿混凝土因为失水而在早期产生的收缩裂缝，提高混凝土的密实度。早期限制膨胀的作用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，避免早期开裂 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0.30.7MPa的预应力 早期限制膨胀的作用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谢谢大家！