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1、混凝土裂缝控制与成因分析各专业完整优秀毕业论文设计图纸摘要:混凝土作为一种复合型材料，本身具有不连续性，导致混凝土结构出现裂缝。对结构的质量产生影响，降低了结构的适用性和耐久性，更严重的甚至会使结构倒塌破坏。为此，本文拟针对实际工程，着手分析混凝土结构裂缝的产生原因，研究预防混凝土结构裂缝、把裂缝控制在无害的范围内的新技术，探讨混凝土裂缝控制新技术在工程措施中的应用，并在此基础上对混凝土结构裂缝后的安全性作出鉴定。关键词：混凝土 裂缝 成因 控制 新技术 应用Abstract:Concrete as a composite material, it has no continuity lead
2、s to the expansion of the crack. the cracks will affect the quality of the structure, the applicability and durability, more serious even can make the structure collapse destroyed. For this, in view of the practical engineering, this article is to analyze the reason of the cracking of the concrete s
3、tructure, the prevention of concrete structure crack, the crack control in harmless in the scope of new technology, discussing the concrete crack control of new technology application in the engineering measures, and to make an identification on this basis to the safety of concrete structure crack.
4、Keywords: Concrete, crack, cause of formation，control ，new technique，apply I目 录第一章 绪论1引言11研究现状1.1国外研究现状21.2国内研究现状32本文的研究内容与方法33本课题所要达到的目的4第二章 混凝土裂缝的分类52.1塑性收缩裂缝52.2温度裂缝5 2.3沉陷裂缝6 2.4 干缩裂缝6 2.5施工操作不当引起的裂缝72.5.1使用离析混凝土72.5.2抢工期拆模早7 2.5.3砖类成笼上吊成笼堆放7第三章混凝土裂缝的成因与危害 3.1裂缝的形成原因83.1.1材料因素93.1.2施工因素 123.1.3混
5、凝土养护不当123.1.4施工过程中温度控制不准133.1.5设计原因 143.2裂缝影响及其危害15 3.2.1 混凝土开裂，结构承载能力下降15 3.2.2 混凝土开裂，结构耐久性能劣化153.3 混凝土开裂的深层原因16第四章 混凝土裂缝控制新技术 4.1 水分蒸发抑制技术18 4.2 减缩抗裂技术20 4.3 水泥水化放热过程的调控22 4.4 遥爪聚合型增韧技术 23II第五章混凝土裂缝控制新技术在工程实例中的应用5.1 工程概况 275.2 转换层结构设计特征275.3 混凝土配合比设计与原则27 5.3.1 水泥 28 5.3.2 骨料28 5.3.3 掺合料 28 5.3.4
6、膨胀剂29 5.3.5 外加剂 295.4 温度计算及表面裂缝控制295.4.1 混凝土浇筑温度295.4.2 混凝土内部最高绝热温升值305.4.3 混凝土表面最高温度估算 315.5 大体积混凝土的施工及养护 5.5.1 混凝土的浇筑32 5.5.2 混凝土养护保温、保湿及补偿措施325.6 混凝土的温控及实际效果 5.6.1 温度测试33 5.6.2 混凝土的温控及实际效果345.7 混凝土力学性能及抗渗性能检验结果34第六章 结束语36展望37参考文献38致 谢4039 第一章 绪论引言 随着当前我国建筑业快速发展，混凝土在高层及超高层建筑中的使用越来越广泛。例如：在建筑中上海高性能混
7、凝土研究领域中取得一大批可喜的成果，其中具有代表性的成果有：中华第一高楼88层金茂大厦的混凝土C40一次泵送382.5m；在上海教育电视台综合楼的大体积基础混凝土中，水泥用量只占胶凝材料总量的46%，配制的混凝土浆量饱满，混凝土工作性、粘聚性和抗离析性能都十分优异，强度达到C40的高性能混凝土。在交通上：隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。如1994年建成的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大桥、杨浦大桥的塔架，延安东路隧道、英吉利海峡隧道以及1995年建成的地铁一号线等。在水利上：大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构。瑞士大狄克桑期坝，1962年建，高
8、285m，世界上最高的混凝土重力坝，及我国的三峡大坝。但是由于混凝土本身的特性以及施工条件，原材料等的影响，混凝土的裂缝就成了我们必须直接面对的一个问题，并且近年来日趋增多，它已极大地影响到混凝土的耐久性，并困扰着大批工程技术人员和管理人员，是迫切需要解决的技术难题。众所周知，20世纪80年代，继石油危机之后，出现了世界性的混凝土耐久性危机-许多结构物，例如桥梁、隧道等，服务不到二十年就出现了破坏。 根据报导，世界各经济发达国家也逐渐把建设的重点转移到桥梁、隧道、建筑物的维修、改造、加固。在美国，新建筑业开始萧条，而维修、改造兴旺发展，据美国劳工部统计，旧房屋维修改造是最受欢迎的九类行业之一，
9、混凝土基建工程总价值达6万亿美元，由于耐久性不好，重建与维修费用高达数千亿美元，价值1万亿美元的公路系中，有25万座桥梁遭受破坏，重建与维修的费用需要4500亿美元。英国在1975年一1980年新建工程数量和费用减少，建筑维修、改造的项目却逐年增加，1978年用于投资改造的费用是1965年的376倍，1980年建筑物维修、改造工程占英国建筑工程总量的三分之二，英国的路桥维修和重建费用也高达6亿英镑年。1987年美国利料顾问委员会提交的一篇报告引起了轰动：约253万座桥梁的混凝土桥面板，其中部分使用不到20年就已遭到不同程度的破坏，并且每年还将新增35万座。在混凝土技术一向领先的美国，由于混凝土
10、桥面板开裂现象普遍，开始转向使用高强混凝土，但是目前看来仍然是无济于事。根据美国国家公路合作研究计划1995年检查的结果表明：有l0万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13米的贯穿性裂缝1。 在我国，许多重大混凝土工程在不到十年内破坏所造成的损失也十分的惊人。从桥梁、路面等交通设施到沿海的海港工程结构，从民用建筑、商业建筑到一些化工、冶金工业建筑，开裂问题的影响极其广泛。据了解，“一五”期间，更新改造资金只相当于同期基本建设投资的4.2，“三五”期间已达27，“四五”期间为31.7，“七五”期间已达54。辽河油阳近几年内，将投资2.4亿元对400栋，近2万户住宅工程进行加固、
11、维修。不少施工单位人员反映：“现在简直是无房不裂”，高层建筑基础底板、地下连续墙和楼板甚至大梁开裂问题频频发生2。因此，对混凝土裂缝的研究与控制有利于提高混凝土的质量及耐久性，能够更好的满足人们对于建筑物各方面的需求。1.研究现状 1.1 国外研究现状 土木工程学术界和工程界一直研究的一个重要课题是混凝土结构的裂缝。关于混凝土结构产生裂缝的原因及其处理办法，国内外的专家学者进行了大量的研究，并且发表了许多文献。自修复技术是近年来国外专家提出的修补混凝土裂缝的新方法。通过一些方法使混凝土内部或者外部受到作用后，其自身释放出或者生成某种新的物质，这些物质填充了裂缝部分，达到了使裂缝自行修复和愈合的
12、技术称为混凝土裂缝的自修复技术。具体的做法包括：固化聚合物、利用温度进行愈合、结晶渗透、结晶沉淀等方法。 关于裂缝分析，国外专家提出了很多种模型。弥散裂缝模型3是Rashid在1968年提出的，这个模型是从混凝土结构中取出一个单元体为研究对象，当单元体的最大主应力大于混凝土抗拉强度时，在垂直于最大主应力的方向会产生无数条平行的微裂缝。还有著名的尺寸效应模型是Bazant于1983年提出的；Shah在1985年提出了以2为参数的断裂模型(TPFM)；1987年Swartz提出了等效裂缝长度模型(ECM)4-5，之后在1990年Karihaloo也给出了这个模型。专家们通过这些模型模拟混凝土结构开
13、裂的过程，从而分析结构开裂的原因和控制结构开裂。1990年美国ACI207大体积混凝土委员会对长墙裂缝进行了调查，调查结果证明长墙或板是服从“一再从中间开裂的机理”。轴约束试验于1942年在美国发明，它的研究对象是混凝土条形试件，通过限制试件的轴向变形并且测量试件在不同条件下的的应力，由此能够得到试件在不同条件下的开裂破坏行为。通过得到的混凝土内部应力可以分析出它的开裂程度，这样混凝土的抗裂性能就能够更好地被预测出来。德国慕尼黑技术大学的Springenschmid教授在1969年改进了原有的开裂试验架装置，随后又开发了新的开裂试验架装置。1998年，Springenschmid出版了避免混凝
14、土早期热裂缝。“混凝土早期热裂缝”TC119技术委员会是由RILEM在1989年创建的，这个委员会的主席就是Springenschmid教授。这些专家学者所作的研究有效的评价和改善了混凝土结构的开裂。1.2 国内研究现状 对于混凝土结构的开裂问题，国内也进行了大量的研究，进行了许多试验并且就相关问题制定了相应的规程。专家们分析了室内试验和室外试验的结果，将其与实际问题的数据进行比较，希望从中得到一些定量关系6-7，从而能够丰富和完善结构设计依据，验证改善结构开裂的技术方法。很多专家系统总结了控制混凝土裂缝的研究成果。其中比较有代表性的是王铁梦教授的工程结构裂缝控制2这一著作，书中重点介绍了控制
15、各种工业结构产生裂缝的方法，也列举了很多已经成功实施的控制工程裂缝的方法，并且他的著作建筑工程裂缝控制具有很高的学术水平；中国建筑科学研究院主编的建筑工程裂缝防治指南以及韩素芳研究员等所著的钢筋混凝土结构裂缝控制指南总结了裂缝控制方面的研究成果及工程经验，系统地介绍了有关的技术措施。这些都是处理和解决混凝土结构裂缝问题的经典之作。近年来，一些高校深入的研究了温度对于裂缝的影响和怎样有效的控制温度裂缝。他们通过对实际工程的分析，研究施工裂缝。顾祥林老师进行了现浇混凝土板中的控制缝的研究8，目的在于研究板中设置不同形式的控制缝对裂缝控制的影响。关于钢筋混凝土结构裂缝问题的工程分析实例也有很多，如上
16、海光源工程超长混凝土环形墙体裂缝控制9、预应力框架结构工程地下室顶板裂缝分析10、台州市椒江振兴大厦混凝土开裂原因分析11、上海金茂大厦基础工程C50混凝土结构裂缝控制技术、深圳市会议展览中心工程、宁波北仑体艺中心工程实例等。2.本课题的研究内容及方法研究内容： （1）通过阅读大量参考资料分析国内外混凝土裂缝现状。 （2）在分析混凝土开裂的危害和产生原因的基础上，提出裂缝控制新技术：采用水分蒸发抑制技术，减少混凝土早期的水分蒸发，抑制混凝土早期因失水太快而产生的塑性收缩裂缝。采用减水与减缩共同作用，控制混凝土壳体及薄壁结构的早期开裂。采用调控水泥水化过程中的放热量，提高大体积混凝土的温控能力。
17、采用遥爪聚合型增韧剂，增加混凝土的韧性，减少混凝土的脆性开裂。 （3）结合工程实例，运用水分蒸发抑制技术，减少结构裂缝。混凝土裂缝控制的主要方法：在结构设计中遵循“抗与放”的设计原则；处理好约束内力和结构刚度的关系；降低混凝土的收缩及水化热；减少混凝土的徐变；提高混凝土的抗拉强度及极限拉伸能力裂缝控制设计原则：合理选择结构形式，降低结构约束程度，对于水平结构件梁、板、墙等采用中低强度集混凝土，加强构造配筋，如板低顶部的受压区连续配筋，板的阳角及阴角配置放射筋，如增加梁的腰筋间距200mm. 优选有利于抗拉性能的混凝土级配，尽力减小水灰比，减少塌落度，降低含泥量及杂质含量。选用影响收缩和水化热较
18、小的外加剂和掺合料等。 3本课题所要达到的目的 （1）通过分析混凝土裂缝的形成，比较各种影响因素，进而按照建筑工程设计和施工的原则尽量减少及避免混凝土裂缝的产生。 （2）通过新技术的研究，实验，论证，应用，探索出更多的减少混凝土裂缝生成的方法，从而为生产，生活提供指导。 （3）是为了保证结构的耐久性。从结构耐久性的角度看，保证混凝土的质量、密实性和必要的保护层厚度，要比控制结构表面的裂缝宽度重要得多。采用高性能混凝土和施加预应力有利于改善构件的抗裂性能。 （4）减少建筑物观瞻、对人的心理感受和使用者不安全程度的影响。第二章 混凝土裂缝的分类 混凝土虽然有着大的抗压强度，但由于混凝土比较脆的特性
19、，在完全凝固以后，它的抗拉强度只有抗压强度的十分之一甚至更低，外界拉力或者自身产生变形的作用大于自身所能承受拉力的极限时就会产生裂缝。与此同时，混凝土的胶凝性又为裂缝的产生提供了条件。 混凝土在凝固的过程中，其强度和拉力是一个不断变化的过程。比如施工的过程中，混凝土的强度逐渐变强，最终达到设计的要求，而拉力超过极限值就会产生裂缝。 混凝土裂缝的产生受外界各种因素综合作用的影响，以及施工过程中材料的复杂性给裂缝的控制带来了困难。下面我们介绍混凝土产生的几种的裂缝：2.1 塑性收缩裂缝:裂缝产生原因是由于混凝土在塑性状态时，刚开始终凝，而由于天气炎热，阳光直射，刮大风，使混凝土表面水分蒸发过快，混
20、凝土表面产生急剧的体积收缩，此时混凝土尚未有强度，而致使混凝土表面出现龟裂。裂缝形态如图2.1示： 图2.1 塑性收缩裂缝2.2 沉陷裂缝:该裂缝一般多沿主筋通长方向，在混凝土表面出现，常在浇灌后发生，硬化后停止。裂缝产生原因是混凝土浇捣后骨料颗粒沉落，水泥浆上浮，受到钢筋或大骨料的阻挡，而使混凝土互相分离。主要是由于设计不当或使用中超载荷所产生。裂缝形态如图2.2示：图2.2 沉陷裂缝2.3 温度裂缝:多由于温差较大引起的,混凝土结构构件浇筑后，在硬化期间水泥放出大量的水化热，内部温度不断上升，使混凝土表面和内部温差较大。当温度产生非均匀的降温时，将导致混凝土表面的温度变化而产生较大的降温收
21、缩，此时，表面受到内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力（内部降温慢，受自约束而产生压应力），而混凝土早期抗拉强度低，因而出现裂缝。裂缝形态如图2.3示：图2.3 温度裂缝2.4干缩裂缝:混凝土的干燥收缩是从施工阶段撤除养护时开始的，早期的收缩裂缝比较细微。混凝土硬化后，表面的游离水会由表及里逐渐蒸发，导致混凝土由表及里逐渐产生干燥，混凝土表面收缩大内部收缩小，表面收缩变形导致的收缩应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现由表及里的干燥收缩裂缝，收缩变形主要发生在水泥及掺和料构成的浆体和砂浆上，往往不为人们所注意。随着时间的推移，混凝土的蒸发量和干燥收缩量逐渐增大，裂缝也逐渐明显起来。裂缝形态
22、如图2.4示：2.4 干缩裂缝2.5 施工操作不当引起的裂缝:2.5.1使用离析混凝土 ： 预拌混凝土在运输过程中造成成分离析,上部为水泥砂浆,石子很少,甚至于没有.胶结物过多,水也超量,水灰比过大,随时间变化强度增长很慢,或不增长.按常规混凝土强度增长规律拆模时,梁不能承受自重及板重荷载而产生结构破坏。2.5.2 抢工期拆模早： 抢工期拆模早，混凝土强度未达到设计要求,甚至于承受不了自重荷载,即使可承受自重,但不能承受上一层大梁或者楼板施工时传下的梁及板重和一层支撑重.拆模时造成垂直裂缝和端部斜裂缝,这些裂缝基本上是贯通缝,分布很有规律.梁的端部出现裂缝宽度较大的斜裂缝,中间为垂直裂缝。而板
23、的裂缝开裂基本是无规则的龟裂. 另一个特征是施工荷载造成的裂缝，施工过程的荷载是不可避免的,正常情况下对梁板并无危害.但处理不当,极易造成楼板开裂,堆积在刚浇筑不久的梁板上的荷载,只要成堆放置,超过施工中梁板混凝土强度,便可产生早期裂缝.2.5.3 砖类成笼上吊成笼堆放 这是造成砖混结构早期梁尤其是板开裂的主要原因.在经济效益好的趋使下,抢工期赶进度,经常是上午浇筑完混凝土板,下午就放线,开始砌筑作业.吊上来的砖均大量的成笼堆放在预砌的砖墙周围.综上所述：在认识以上裂缝的特点情况下，我们均应对此引起高度重视在施工中，找出其成因，合理避免裂缝的出现。第三章 裂缝成因分析及危害3.1 裂缝的形成原
24、因 裂缝是混凝土工程中最常见的一种损伤。混凝土作为一种复合型的建筑材料，本身就具有不连续性，从近代科学关于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程实践证明，混凝土结构裂缝是不可避免的，所以裂缝是人们可以接受的一种材料特性。 目前，我们所研究的裂缝通常是指那些用肉眼能够看到的裂缝，称为宏观裂缝，其宽度不应该小于0.05mm。根据研究发现，由于很多原因可以使混凝土表面或者内部出现这种裂缝，但是最常见原因是混凝土本身不能自由地膨胀或收缩，限制了其自身的变化，还可能是因为当混凝土受力的作用时，在其内部产生了大的拉应变或者拉应力，导致“撕裂”混凝土产生裂缝。混凝土中还存在肉眼看不到的裂缝，即微裂缝，是一般混凝
25、土所固有的。水泥遇水硬化后形成水泥石，水泥石与骨料砂和石按一定配合比混合搅拌后形成混凝土，但是组成混凝土的各种材料之间的物理力学性质不同，这就导致在混凝土形成过程中在各种材料的粘结面上出现了肉眼不可见的裂缝。换言之，即使混凝土本身膨胀或收缩时没有受到限制，或者混凝土没有受到外力的作用时，微裂缝也已经存在于混凝土中，但是这些微裂缝基本上是比较稳定的，除非混凝土受到比较大的外力作用或者变形较大时，这些裂缝就会沿着各种材料之间的粘结面扩展；当混凝土受到的作用达到一定极限值时，微裂缝一直扩展，直到发展成可见裂缝。下面我将介绍两个事例来分析： 事例1.西北地区某高层综合办公楼，主楼为钢筋混凝土框筒结构，
26、地下 1 层，地上18层，总高度 76.8m，总建筑面积36482m2.该建筑基础为灌注群桩， 地下室外墙采用300mm厚的C30自防水混凝土。标高13.6m以上，地上混凝土标号均为 C40，楼板厚度 120mm.该工程于1998年6月开工，1998年9月中旬施工地下室外墙，1999年1月19日施工到结构6层梁板。该层梁板在施工的同时即发现板面出现少量不规则细微裂缝，到2月24日该层梁板底摸拆除时，发现板底出现裂缝。从渗漏水线和现场钻芯取样分析，裂缝均为贯通性裂缝。之后又对全楼己施工完毕的混凝土工程进行了详察， 在地下室外墙外侧上部发现数条长度不等的竖向裂缝（其中有两条为贯通性裂缝）。在 5、
27、6两层核心筒的电梯井洞口上部连梁上的同一部位亦发现两条裂缝。而在其他的柱、墙、梁、板上则未发现裂缝。此裂缝出现原因主要在施工过程中，地下室在1998年9月中旬施工结束后，由于现场缺土，一直未予以回填（裂缝处理过后，才购土回填），而外墙在 1999 年1月以前是没有裂缝的。地下室外墙周长176m，长期暴露在外，受环境变化的影响较大，特别是温度变化的影响。在浇灌 6 层梁板混凝土的过程中，即发现在核心筒四角的板面上出现裂缝，但由于裂缝细小而未引起施工单位的重视。由于裂缝的出现给工程的使用带来诸多不便，也使工程的成本大大增加，这是承包单位所不乐见的。事例2.新疆某学校教学楼工程,建筑面积6101m2
28、,5层框架结构,层高39m，东西方长71.57m,南北方向长22.14m,从东往西延长56.24m处设置90ram宽伸缩缝,基础形式为钢筋混凝独立基础,抗震设防裂度为度。框架结构,楼板被梁分隔成6m1.5m的单向连续板,结构布置如图3.1所示.板厚为120mm,受力钢筋为8150.分布钢筋为8200，均为I级(HPB235)钢。X向框架梁截面为250mm-550mm，受力钢筋为620,Y向框架截面为250mmx700mm，受力钢筋为620，均为级(HRB335)钢.梁、板均采用C25商品混凝土,其实测抗拉强度为2.42MPa。工程完工后两个月发现,在多层楼板中,纵向中间部位出现贯通裂缝,且上下
29、宽度相同,裂缝的走向与楼梯板长向垂直，裂缝宽度超过0.3mm,板角也出现了45。斜裂缝,裂缝的形态如图3.2所示。 图3.1 结构布置图图3.2 裂缝形态图结合工程经验和以上2个事例分析出:裂缝产生的普遍原因是由设计有误、材料选择不当、温度变化，施工因素，养护不到位等因素产生的，而且这几类因素往往是共同作用的，一旦设计人员所采用的构造措施考虑不够周全，将直接导致大体积构件的混凝土因承担不了过大的拉应力而开裂。如果混凝土构件裂缝得不到有效的预防和控制，裂缝将由表及里不断发展，并最终形成贯穿裂缝，对主体结构的整体安全性和使用寿命将会带来非常不利的影响。从技术的角度分析，混凝土结构产生裂缝的原因主要
30、有以下几点:水泥。水泥是一种水硬性的胶凝材料，其品种很多，在我国主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等，他们都是由水泥熟料加上各种不同的添加材料生成的。水泥熟料一般为硅酸三钙、硅酸四钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙组成。不同品种水泥的收缩值取决于C3A、SO3、石膏的含量及水泥细度等。一般说，C3A含量大，细度较细的水泥收缩较大。石膏含量不足的水泥，具有较大的收缩，而SO3的含量对混凝土收缩的影响显著。而有些水泥熟料中含有的少量MgO在混凝土硬化后期缓慢水化产生的微膨胀作用，可以起到补偿降温阶段的体积收缩，减少或避免混凝土裂缝。从混凝土结构设计原理12中我们可以参照表3.3了解水泥的性能参数。 表3.3
31、水泥的性能参数比表面积（kg/m2）标准稠度（%）初凝时间终凝时间安定性（饼法）抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d31428.4180min240min未见裂纹未见翘曲30.955.75.88.8 由表可知，在水泥比面积和标准稠度一定的的条件下抗压强度和抗折随着天数的延长而增大。 （2）混合材料。其种类、掺量和比表面积的大小是影响水泥干缩性的主要因素。粉煤灰的比表面积最小，混凝土干燥收缩随粉煤灰掺量的增加而减小。实验证明，掺与不掺粉煤灰对混凝土的裂缝影响不大。但在实际施工中若不能严格控制混合比，也会导致裂缝。 （3）骨料。混凝土收缩随骨料含量的增加而减小，随骨料弹性模量的
32、增加而减小，同时，又随骨料中粘土含量的增加而增大。 （4）混凝土配合比。通过查阅大量文献资料发现，一般作为建筑的大体积混凝土自身强度都不高。为了了解混凝土具体强度，我们采用配制C20、C30、C40等较低强度等级的普通混凝土进行试验，其配合比如表3.4所示。表3.4混凝土配合比组号水胶比单方材料用量（kg/m3）水泥石粉粉煤灰砂小石子（5-10mm）大石子（10-20mm）水外加剂C200.5322080506036346341850.70C300.4928050306296316311750.72C400.3833030306076386381602.34试验所选用混凝土试件为1001001
33、00的非标准尺寸试件其抗压强度如下表3.6所示。 表3.6混凝土实际强度组号3d7d28dC2014.521.027.0C3021.530.537.0C4029.039.046.5 在原料一定的条件下，混凝土配合比对收缩有很大的影响，包括单位用水量、单位水泥用量、水灰比、砂率及灰浆比等参数。混凝土收缩主要取决于单位用水量和水泥用量，而用水量的影响比水泥用量大。在用水量一定的条件下，混凝土收缩随水泥用量的增大而加大，但增大的幅度较小；在水灰比一定的条件下，混凝土收缩随水灰比的增加而明显增大；在配合比相同条件下，混凝土干缩随砂率增大而加大，但增大的幅度较小。 （5）外加剂的种类和掺量。 试验中共安
34、排了五种外加剂：三种减缩剂和两种减水剂(一种为普通萘系减水剂，另外一种为有部分缓凝效果的高效减水剂)，试验中保持水灰比为026不变。时间结果见下表3.7(1为不掺外加剂的对比试样)： 表3.7 外加剂对胶凝体系开裂时间的影响编号123456开裂时间（h）5.73410142.89 可见： （1）减缩剂的加入总体上都推迟了胶凝体系的开裂时间，尤其编号为2的减缩剂大大提高了体系的抗裂性能。 （2）减水剂对胶凝体系的开裂时间是有影响的，不同减水剂的作用情况不同。 掺用化学外加剂会使混凝土收缩有不同程度的增大。掺减水剂用于改善混凝土和易性，增大坍落度。掺减水剂的混凝土收缩值略大于不掺减水剂的混凝土。掺
35、减水剂用于减水，提高强度或节约水泥，混凝土掺减水剂后收缩接近或小于不掺的收缩值。掺氯化钙早强剂的混凝土收缩比不掺的明显增大，随氯化钙掺量的增大而成倍增长。而掺三乙醇胺与氯化钠复合剂混凝土收缩比不掺的大，但增大的幅度比掺氯化钙早强剂的要小。 3.1.2施工因素： （1）混凝土的制备与浇筑。泵送混凝土为了满足泵送条件，需要增加水泥和水的用量，水灰比比较大，易产生局部粗骨料少、砂浆多的现象，混凝土脱水干缩时，就会产生表面裂缝。外加剂拌合不均匀导致外加剂损失较大，不能充分发挥作用。混凝土搅拌时间不足，骨料分布不合理，收缩不均匀。骨料及拌合水温度偏高，使得浇筑温度过高。搅拌和运输时间过长，使混凝土拌合物
36、出现离析、泌水和沉陷。浇筑不连贯，顺序不合理，出现施工“冷缝”或施工缝处理不当。浇筑速度过快，捣固不足或过度振捣使混凝土产生离析和泌水，在表面形成水泥含量较多的砂浆层。混凝土终凝前钢筋被扰动。混凝土浇筑过程中，未能很好地保护楼板负筋，使截面有效高度减小。混凝土保护层过薄或保护层处集料过少。 （2）模板施工。梁板支撑刚度差异或模板挠度过大，造成模板支撑下沉变形过大。施工期间过度震动和其他人为因素使支撑刚度变异部位出现多次瞬间相对位移。拆模过早，混凝土硬化前过早承载或受到振动。模板缝隙不严实造成漏浆、渗水。 （3）混凝土浇捣后抹干压光。过度的抹平压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面，形成含水量很大
37、的水泥浆层，水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙，引起表面体积碳水化收缩，导致混凝土板表面龟裂。3.1.3混凝土养护不当主要有： （1）过早养护会影响混凝土的胶结能力。 （2）过迟养护，由于受风吹日晒,混凝土板表面游离水分蒸发过快,水泥缺乏必要的水化水,而产生急剧的体积收缩,此时混凝土早期强度低,不能抵抗这种应力而产生开裂。特别是夏、冬两季，因昼夜温差大，养护不当最易产生温差裂缝。 （3）后期养护不够，使混凝土碳化加剧，造成碳化收缩。 （4）混凝土养护初期受冻产生裂缝。 （5）混凝土终凝初期，施工机具和材料集中，或过早进行下道工序施工，造成较大施工荷载和震动，使其产生裂缝。 现场养
38、护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因。混凝土浇筑后，若表面不及时覆盖、浇水养护，表面水分迅速蒸发，很容易产生收缩裂缝。特别是在气温高、相对湿度低、风速大的情况下，干缩更容易发生。有资料表明，当风速为16m/ s时，混凝土中的水分蒸发速度为无风时的四倍。一些高层建筑的楼面为什么更容易产生裂缝，就是因为高空中的风速比地面大。 目前，许多施工工地在浇筑混凝土时，都不能做到及时覆盖保温养护。一般总要等到最后一遍抹光结束后才覆盖，还有好多工地根本不盖。曾经某毛纺厂的一大型车间二层楼面的泵送施工。楼面面积达1万m2左右，混凝土强度等级为C30 ，并掺加了膨胀剂。时值盛夏，气温很高，混凝土的水分蒸发很快，
39、施工人手不够多，浇筑好的混凝土在烈日下曝晒。结果混凝土是前浇后裂。同样的情况还在泰兴某商城三层楼面上见到过。新浇的混凝土在似火骄阳下晒了两天，一点遮盖都没有，表面就出现了裂缝，而施工方只是派人隔几小时上去浇一次水。试想混凝土表面被太阳晒得高达四、五十度，冰冷的自来水浇上去无疑是雪上加霜。冷缩促使裂缝更快扩展。正确的做法是在第一次抹平后，立即用塑料薄膜覆盖，不让水分跑掉，依靠混凝土自身的水分进行保湿养护。需进行第二次抹光时，揭开薄膜，抹完了仍要盖好。 对于高性能混凝土，由于水灰比小，胶凝材料用量大，混凝土密实性好，泌水少，若保养不好，干缩情况更严重。因此，有学者认为，当混凝土拌合物表面的水分蒸发
40、速率超过05kg/m2h 时，将引起混凝土的干缩。对于保湿养护的时间，肯定是时间越长越好。养护14 天的收缩比只养护3 天的收缩降低约20 % 。因此，国家验收规范规定混凝土浇筑后的保温养护时间不得少于14 天。但在这一点上绝大多数施工人员都做不到，所以混凝土出现干缩裂缝就在所难免了。3.1.4施工过程中温度控制不准空气的相对湿度和温度都会对混凝土收缩产生影响。长期风吹日晒会使混凝土收缩增大。混凝土内外温差也会引起温度裂缝。例如寒潮侵袭、阳光暴晒后突然下雨、气温昼夜温差大等，都会使混凝土内部与表层产生很大温差，内部温度对表层起约束作用，就会导致裂缝。事例4.呼家楼站是北京地铁10号线的中间站，
41、车站位于东三环与朝阳北路的交叉路口，呈南北走向，为分离岛式暗挖车站。车站为全埋地下车站，采用暗挖法施工，车站为双层结构，边墙混凝土厚60cm，底板厚120cm，属大体积混凝土结构。 大体积混凝土在施工过程中，混凝土内部由于水化热的原因，混凝土内部的温度比表面的温度高出很多，大量水化热得不到散发，在降温过程中由于温差比较大内外收缩不同步，外部的收缩超过了混凝土的抗拉强度，造成混凝土开裂。呼家楼车站属于地下工程，混凝土结构较厚，采取撒水养生，对温差引起的裂缝较难控制。由于开始施工时每板分块较长，现场裂缝部位大多出现在板间，随后通过调整每板浇筑长度，有效地控制了温差裂缝。 温差应力产生裂缝。对于温差
42、收缩裂缝，施工单位往往只注重名义上的大体积混凝土，而忽视其他结构；只重视混凝土内外的温差，忽视环境温差。对于大体积混凝土，美国混凝土协会给出了这样的定义：任意体量的混凝土，其尺寸大到足以必须采取措施减小由于体积变形引起的裂缝，统称为大体积混凝土。在实际工程中，真正的大体积混凝土，如厚大的地下室底板，由于其厚度大，抗拉力大，即使内部温度很高，也很少出现裂缝。如常州市椿庭大楼地下室底板和常州市医院病房大楼地下室底板，混凝土设计强度等级均为C50 ，底板厚度均达2m。当时由于原材料供应的限制，只能采用525#R普水泥拌制。测温显示，内部最高温度曾接近90，但最终均未发生温差收缩裂缝。相反，在常州金源
43、大厦地下室墙板工程上，浇筑顶板前，墙板完好，等到顶板浇筑后没几天，墙板外侧即出现许多裂缝。经分析，一致认为是温差湿差双重因素造成的。因为当时正值冬季，墙板浇筑后又没有及时回填土，顶板一浇，地下室里面由于地温地湿而保持着较好的温湿度，外墙则处在凛冽的寒风中，温湿度都很低，墙板内外两侧由于环境因素造成了温湿度差而产生裂缝。因此，对于像地下室墙板这样的虽非大体积却存在环境温湿度差的混凝土结构，更要注意防止温差裂缝的发生。133.1.5设计原因再看两个实例：（1） 常州新区电信局综合楼，地上七层，每层十间，地下为一半地下室。地上的一半除东西边上两间外，其余每间都开有一个气窗。间与间之间有一根大梁横跨南
44、北，大梁由与地下室外墙连在一起的边柱支撑着，中间无柱。工程竣工后两个月，每个气窗的下角处都出现了“八”字形的裂缝。而边上两间由于没留窗洞，就没有出现开裂。后经分析，认为是基础不均匀沉降引起的。因为气窗下面的地基只需承受不足两米高的墙体的重量，而气窗两侧的地基则要承受七层楼的份量，沉降自然不一样。裂缝即从最薄弱的窗角处开始。（2） 常州市机关房产大楼地下室墙板，在边柱与墙板之间的阴角处出现有规律的裂缝。经专家们会诊，一致认为主要是墙板配筋问题。因此对地下室墙体，构造筋必须增强，配筋率要提高，宜不低于05 % ，同时宜采取直径较小、间距不大于150mm的配筋，以提高钢筋混凝土的极限拉伸变形值和分散
45、收缩应力。边柱与墙的配筋率不同，收缩落差不同。它们的连接处容易发生竖向裂缝。所以，此处应插入长1m15m 的水平增强筋。对于混凝土楼板宜采用细而密的双层构造配筋，以抑制裂缝发生。有试验证明，楼板配筋率如果由0.63 %增大到1.0% ，那么0.2mm 以上宽度的裂缝均能抑制。把楼板加厚也是抑制裂缝的办法之一。超长楼板也可采用部分预应力的补偿收缩混凝土浇筑。楼板混凝土强度则不宜过高，以不超过C30 为宜。混凝土结构的开口部位和突出部位容易开裂，应增强构造钢筋，也可在混凝土中掺入钢纤维或尼龙纤维。3.2裂缝影响及其危害混凝土在未开裂前是一个不透水，但存在不连续微裂缝且多孔的结构。虽然随着龄期的增长
46、，水泥水化强度增大，但水泥水化产物大多是自然界中原先不存在的，因而必然会受到环境介质对它的侵蚀作用，并导致其损伤劣化。其中，最常见的现象是混凝土开裂、表面剥落，甚至整体服役性能的丧失。3.2.1 混凝土开裂，结构承载能力下降（1）混凝土开裂将改变结构的受力条件，导致结构局部甚至整体发生破坏（见图3.114）。（2）裂缝随着环境载荷作用的不断变化将削弱混凝土建筑物的刚度（见图3.2）。（3）混凝土开裂会降低结构的抗震能力，威胁结构的整体稳定性和安全性。图3.1 带裂缝试件的受力状态图3.2裂缝对混凝土荷载-位移曲线的影响3.2.2 混凝土开裂，结构耐久性能劣化混凝土劣化过程大致可分为3个阶段（见图3.315