混凝土裂缝的成因与控制(李灿威)

I阳泉职业技术学院毕业论文毕业生姓名：李灿威专业：材料工程技术学号：080625018指导教师孙瑞平所属系（部）：建工系二〇一一年五月II阳泉职业技术学院毕业论文评阅书题目：混凝土裂缝的成因与控制建工系材料工程技术专业姓名李灿威设计时间：2011年03月01日~2011年05月01日评阅意见：成绩：指导教师：（签字）职务：III200年月日阳泉职业技术学院毕业论文答辩记录卡系专业姓名答辩内容问题摘要评议情况记录员：（签名）成绩评定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70%。IV专业答辩组组长：（签名）200年月日i摘要混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题。本文从设计、材料、配合比、施工现场养护等方面对混凝土工程中常见的一些裂缝的成因进行了分析探讨。针对混凝土裂缝产生的原因，在混凝土结构设计、混凝土材料选择、配合比优化、以及施工现场的养护等方面提出了控制裂缝发展的措施。依据相关文献，并总结了混凝土裂缝的处理方法：表面处理法、填充法、灌浆法、结构补强法、混凝土置换法、电化学防护法、仿生自愈合法等。混凝土结构裂缝的成因与控制方法目录关键词：混凝土裂缝、原因分析、控制方法................................................................关键词:混凝土、混凝土裂缝;原因分析;控制方法前言混凝土和混凝土结构混凝土，简写为砼，是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水(加或不加外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土。它广泛应用于土木工程。混凝土结构是以混凝土为主要材料制作的结构。它包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和预应力混凝土结构等。混凝土结构上由多种材料组成的复合人工材料，由于结构本身组成成分及承载受力特点，在周围环境中水及侵蚀性介质的作用下，随着时间的推移，混凝土将出现裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等现象。混凝土结构工程的质量，从根本上决定、影响着整个建筑工程的质量。但混凝土是一种抗拉能力很低的脆性材料，在施工和使用过程中，经常由于材料质量、施工工艺、地基变形、温度变化、湿度变化和结构受荷、设计结构等原因造成建筑工程局部ii甚至整体工程的质量问题。积极改进混凝土施工的技术措施，是减少和防止建筑工程质量问题、提高建筑工程质量的重要途径。混凝土结构裂缝可以引起渗漏,引起持久强度的降低,如保护层剥落、钢筋腐蚀、混凝土碳化等,影响结构物的承载能力与结构的耐久性。因此,对混凝土结构裂缝的成因进行分析,采取合理有效的防治措施,具有十分重要的意义。水利建设工程中大体积混凝土结构比较多，混凝土重力坝、大型船闸、混凝土挡墙等建筑物，虽然设计时都分成好多块，但每一块都仍然有几百方，甚至上千方混凝土。工程实践证明，大体积混凝土施工难度较大，混凝土产生裂缝的机率较多，稍有差错，将会造成无法估量的损失。为了提高工程质量，降低不必要的经济损失，我们一定要减少和控制裂缝的的出现。从裂缝的形成过程可以看到，混凝土特别是大体积混凝土之所以开裂，主要是混凝土所承受的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度的结果。因此为了控制大体积混凝土裂缝，就必须从提高混凝土本身抗拉强度性能和降低拉应力（特别是温度应力）这两方面综合考虑。抗拉强度主要决定于混凝土的强度等级及组成材料，要保证抗拉强度关键在于原材料的优选和配合比的优化（混凝土强度等级设计已经确定），由于混凝土选用地材，从经济角度来考虑，原材料优化的空间相对较小，所以降低拉应力是控制混凝土裂缝的有效途径。而降低拉应力主要通过减少温度应力和沉缩应力来控制温度裂缝和沉缩裂缝。（一）裂缝的成因裂缝产生的形式和种类很多，要根本解决混凝土中裂缝问题，还是需要从混凝土裂缝的形成原因入手。正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效地控制和减少混凝土裂缝产生的最有效的途径。一、混凝土自身的原因在工程实践中我们不难发现，即使在设计及混凝土配比合理，施工管理严谨的情况下，混凝土特别是高性能混凝土开裂仍然时有发生。这主要与混凝土自身的性质有关。1.1收缩是混凝土固有的变形性质。普通混凝土的开裂机理已为人们所认识，随着近几年高性能混凝土在工程中应用的不断增多，混凝土结构开裂的现象也在不断增多。本应具有高体积稳定性的高性能混凝土其早期的收缩要比普通混凝土大得多，因此在分析高性能混凝土开裂的原因时，应考虑高性能混凝土区别于普通混凝土的结构iii特征。在不考虑外界因素条件下，混凝土在凝结、硬化的过程中，由于化学和干燥作用同样也使混凝土的体积产生收缩，即化学收缩和自收缩。化学收缩是指水化产物的绝对体积小于未水化之前水的体积和未水化水泥的体积之和。自收缩是指水泥基胶结材料在水泥初凝后，恒温恒重下产生的宏观体积降低。前者是在有足够水供应的情况下产生的，而后者是在没有充足水分供应情况下观察到的宏观体积变化。化学收缩与胶结料和水的量有关，胶结料用量和水灰比越大，化学收缩必然越大。而自收缩目前比较统一的解释是混凝土内部的白干燥作用引起的。所谓白干燥并非是由于外部环境相对湿度的影响而引起的材料的干燥脱水，而是随着水化反应的不断进行，混凝土内部结构微细孔中的自由水量出现相对不足，使孔中水的饱和蒸汽压降低，即混凝土的相对湿度降低。白干燥的结果是毛细孔中的水由饱和状态变为不饱和状态，弯月面的存在使水泥石受负压而产生体积收缩。近年来，高强和高性能混凝土在工程中得到了日益普遍的应用，加入超塑化剂以降低水灰比和加入较多的活性混合材是配制高性能混凝土的主要手段。低水灰比和活性混凝土材的大量掺入，使高性能混凝土的硬化特点与内部结构与普通混凝土有了很大的差异，致使高性能混凝土产生较大的自收缩。表现在：1.2高性能混凝土有较小的水胶比。随着水化反应的进行，硬化水泥浆体内的自由水量迅速减少，毛细管中的水分也被逐步吸收减少。这样，高性能混凝土中水泥浆体的白干燥作用要比普通混凝土中的这一作用要强烈。1.3混凝土内部养护由于在高性能混凝土中掺入了较大量的细颗粒活性混合材，减少了混凝土泌水现象也使混凝土更加密实。其结果是外部养护用水很难进入混凝土内部，大大阻碍了外部养护用水对内部混凝土的养护作用。因此在工程中，即使混凝土表面经常保持湿甚至长期浸泡于水中，开裂现象也难以完全避免。对普通混凝土来说，掺入膨胀剂是补尝收缩的有效措施，而对高性能混凝土来说，由于水灰比较低，外部养护用水又很难进入混凝土内部，在缺水状态下的膨胀剂很难发挥其应有的膨胀作用。因此在实际工程中，即使加入了足量的质量合格的膨胀剂，混凝土开裂仍然难以避免。二、设计原因2.1．设计结构中的断面突变而产生的应力集中所产生的构件裂缝。2.2设计中对构件施加预应力不当，造成构件的裂缝（偏心、应力过大等）。iv2.3．设计中构造钢筋配置过少或超筋等引起构件裂缝（如盖板涵盖板、桥梁、板等）。2.4．设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形。2.5．设计中采用的混凝土强度等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利。预应力混凝土设计标号较高，20m跨径以上约为50号，10m、13m和16m跨径为40号较好。在混凝土配比设计时，一般施工人员偏于保守，水泥用量超过高限，特别是在新的混凝土评定标准提高后，其水泥用量较以前增加了5%左右，由于水泥用量的增加使混凝土凝结缩量大，造成表面产生裂缝。2.6.主要受力钢筋数量不足。设计或施工时预应力钢筋不足，钢索线形布置有误差，致使受拉区变形过大，混凝土拉应力超过其抗拉强度而产生裂缝。三、材料原因3.1．粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，导致裂缝的产生。3.2．骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单位用灰量、用水量增多，收缩量越大。3.3．混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩。3.4．水泥品种原因，矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大。3.5．水泥等级及混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响越大。混凝土设计强度等级越高，混凝土脆性越大、越易开裂。四、混凝土配合比设计原因4.1．设计中水泥等级或品种选用不当。4.2．配合比中水灰比过大。在拌制混凝土过程中，有的拌和设备计量不准，特别是用水量控制不准，随意性较大，由于水灰比过大而自下造成离析现象，其结果粗骨料沉于下部，多余水分上升，振捣后水泥浆上浮到板顶，从而使混凝土强度不均匀，下部分强度大，顶板强度低，混凝土强度较弱区往往是裂缝容易发生的部位。底板浮浆过多发生收缩现象较为明显，在每根箍筋处顶板横向裂缝隙较为严重。4.3.砂、石料含泥量超限。在施工过程中，有时砂、石料含泥量超限，这样它们与水泥之间的胶结力有所下降，造成混凝土的强度和抗渗性降低并且产生网状裂缝。4.4．单位砼的水泥用量越大、用水量越高，表现为水泥浆体积越大、坍落度越v大，收缩越大。4.5．配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性差，导致混凝土出现离淅、泌水、保水性不良，增加收缩值。4.6．配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当。4.7混凝土的拌制方面的原因。混凝土拌和时间过短，会影响了混凝土的均匀性，造成坍落度偏大，和易性较差。混凝土的坍落度是混凝土施工检测手段之一，在施工过程中准确控制坍落度，可提高混凝土的内在强度及混凝土表面光洁度。在施工时如果忽略了高温下坍落度的损失量，会使混凝土和易性和粘性降低，造成混凝土离析，使混凝土构件表面出现蜂窝、麻面、露砂等缺陷，从而减弱混凝土内在强度五、施工及现场养护原因5.1．现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，亦导致裂缝的产生。工地采用插入式振动器振密，振捣过程出现过振现象，致使混凝土表面粗细集料离析，靠近模板的混凝土表面细集料集中。5.2．高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值大。5.3．对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，易产生表面收缩裂缝。5.4．大体积混凝土浇注，对水化计算不准、现场混凝土降温及保温工作不到位，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，混凝土产生温度裂缝。5.5．现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。在桥梁施工中多采用洒水和薄膜两种养生方法。现场操作往往是等混凝土脱模后才开始养生，空心板顶面裸露在大气中，夏季最高气温达35°C，加快了水份的蒸发，致使表面干缩裂缝。5.6．现场模板拆除不当，引起拆模裂缝或拆模过早。5.7．现场预应力张拉不当(超张、偏心)，引起混凝土张拉裂缝。5.8.内模胶囊上浮、胶囊漏气或抽拔过早。混凝土浇筑过程中，混凝土对胶囊有较大的浮力，如果胶囊固定不牢，就会发生胶囊上浮现象，造成顶板厚度减小，这种情况也极易造成裂缝。内模胶囊因为制造质量或在施工中有所损坏，造成在混凝土浇筑过程中漏气，气压下降。在混凝土几乎没有强度的情况下，如果发生漏气现象，顶板混凝土将发生下陷，造成难以补救的事故。抽拔胶囊的时间与养护温度和混凝土的质量有关，一般控制混凝土强度达到0.6～0.8MPa为宜。抽拔过早会出现“黏皮”现象，对混凝土质量有影响，当顶板厚度减少或是顶板浮浆过厚时，裂缝容易发生，这vi种原因出现的裂缝多为纵横裂缝。六、使用原因(外界因素)6.1．构筑物基础不均匀沉降，产生沉降裂缝。6.2．使用超负荷载。6.3．人为因素，如在构件上随意凿洞等，引起裂缝。6.4．周围环境影响，酸、碱、盐等对构筑物的侵蚀，引起裂缝。6.5．意外事件，火灾、轻度地震等引起构筑物的裂缝。结构物在实际使用过程中承受各种外荷载的作用,在一定条件下会使结构物产生裂缝。这些裂缝又可分为几种:①由外荷载的直接应力,即按常规计算的主要应力引起的裂缝;②由外荷载作用,结构次应力引起的裂缝。因为许多结构物的实际工作状态同常规计算模型有出入,例如屋架按铰接节点计算,但实际混