
混凝土裂縫的原因:混凝土的收縮、混凝土材料及配合比、施工及現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)原因、使用原因(外界因素)當(dāng)混凝土收縮時(shí),由于各種原因各個(gè)部位收縮不均勻,這樣就產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)切應(yīng)力大于此時(shí)混凝土抗折強(qiáng)度或正應(yīng)力大于混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí),混凝土發(fā)生龜裂。
混凝土的收縮收縮分為:
1、塑性收縮:混凝土澆筑后尚未硬化時(shí),水泥水化反應(yīng)激烈,分子鏈逐漸形成,出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā),混凝土失水收縮,同時(shí)骨料因自重下沉。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)件豎向變截面處如箱梁腹板與頂?shù)装褰唤犹?,因硬化前沉?shí)不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮,施工時(shí)應(yīng)控制水灰比,避免過長時(shí)間的攪拌,下料不宜太快,振搗要密實(shí),豎向變截面處宜分層澆筑。
2、化學(xué)收縮:(自生收縮)自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發(fā)生水化反應(yīng),這種收縮與外界濕度無關(guān),且可以是正收縮,如普通硅酸鹽水泥混凝土,也可以是負(fù)收縮(即膨脹),如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土。
3、物理收縮:(干縮)混凝土結(jié)硬以后,隨著表層水分逐步蒸發(fā),濕度逐步降低,混凝土體積減小?;炷帘韺铀謸p失快,內(nèi)部損失慢,因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí),便產(chǎn)生收縮裂縫。混凝土硬化后收縮主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構(gòu)件,鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯,混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋。
4、碳化收縮:大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生,且隨二氧化碳的濃度的增加而加快
影響因素有:
1、集料含量:混凝土產(chǎn)生收縮主要組成是水泥石,增加集料的相對含量即可減少收縮
2、集料的質(zhì)量:在配合比一定時(shí),采用彈性模值較高的集料,可以減少收縮
3、單位用水量,在混凝土中,水泥與水經(jīng)水化反應(yīng)而產(chǎn)生凝膠,凝膠吸濕則膨脹、干燥則收縮。因此單位用水量對混凝土收縮有較大影響
4、相對濕度 周圍介質(zhì)對相對濕度是影響混凝土收縮的重要因素,相對濕度越小,收縮越大
5、養(yǎng)護(hù)方法 延長潮濕養(yǎng)護(hù)期,可以推遲混凝土收縮的開始但影響甚微。但是壓力蒸養(yǎng)收縮減小顯著
6、外加劑 不同個(gè)劑對混凝土收縮影響不同,其中氧化鈣對混凝土收縮影響最大
在實(shí)際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和炭化收縮。
塑性收縮。發(fā)生在施工過程中、混凝土澆筑后4-5小時(shí)左右,此時(shí)水泥水化反應(yīng)激烈,分子鏈逐漸形成,出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā),混凝土失水收縮,同時(shí)骨料因自重下沉,因此時(shí)混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮所產(chǎn)生量級很大,可達(dá)1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構(gòu)件豎向變截面處如T梁、箱梁腹板與頂?shù)装褰唤犹?,因硬化前沉?shí)不均勻?qū)l(fā)生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮,施工時(shí)應(yīng)控制水灰比,避免過長時(shí)間的攪拌,下料不宜太快,振搗要密實(shí),豎向變截面處宜分層澆筑。
縮水收縮(干縮)?;炷两Y(jié)硬以后,隨著表層水分逐步蒸發(fā),濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失快,內(nèi)部損失慢,因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí),便產(chǎn)生收縮裂縫?;炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構(gòu)件(超過3%),鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯,混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋。
自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發(fā)生水化反應(yīng),這種收縮與外界濕度無關(guān),且可以是正的(即收縮,如普通硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負(fù)的(即膨脹,如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。
炭化收縮。大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發(fā)生,且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計(jì)算。
混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細(xì),且縱橫交錯(cuò),成龜裂狀,形狀沒有任何規(guī)律。
研究表明,影響混凝土收縮裂縫的主要因素有:
1、水泥品種、標(biāo)號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高,普通水泥、火
山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標(biāo)號越低、單位體積用量越大、磨細(xì)度
越大,則混凝土收縮越大,且發(fā)生收縮時(shí)間越長。例如,為了提高混凝土的強(qiáng)度,施工時(shí)
經(jīng)常采用強(qiáng)行增加水泥用量的做法,結(jié)果收縮應(yīng)力明顯加大。
2、骨料品種。骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低;而砂
巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小,含水量大收縮越大。
3、水灰比。用水量越大,水灰比越高,混凝土收縮越大。
4、外摻劑。外摻劑保水性越好,則混凝土收縮越小。
5、養(yǎng)護(hù)方法。良好的養(yǎng)護(hù)可加速混凝土的水化反應(yīng),獲得較高的混凝土強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)時(shí)保持濕度
越高、氣溫越低、養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長,則混凝土收縮越小。蒸汽養(yǎng)護(hù)方式比自然養(yǎng)護(hù)方式混凝土
收縮要小
6、外界環(huán)境。大氣中濕度小、空氣干燥、溫度高、風(fēng)速大,則混凝土水分蒸發(fā)快,混凝土收縮
越快。
7、振搗方式及時(shí)間。機(jī)械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時(shí)間應(yīng)根據(jù)機(jī)械性
能決定,一般以5~15s/次為宜。時(shí)間太短,振搗不密實(shí),形成混凝土強(qiáng)度不足或不均勻;時(shí)
間太長,造成分層,粗骨料沉入底層,細(xì)骨料留在上層,強(qiáng)度不均勻,上層易發(fā)生收縮裂縫。
對于溫度和收縮引起的裂縫,增配構(gòu)造鋼筋可明顯提高混凝土的抗裂性,尤其是薄壁結(jié)構(gòu)(壁厚20~60cm)。構(gòu)造上配筋宜優(yōu)先采用小直徑鋼筋(φ8~φ14)、小間距布置(@10~@15cm),全截面構(gòu)造配筋率不宜低于0.3%,一般可采用0.3%~0.5%。
當(dāng)砼水灰比降低時(shí),干燥收縮減小,自身收縮增大。當(dāng)水灰比大于0.5時(shí),其自干燥作用和自身收縮與干縮相比小得可以忽略不計(jì);但當(dāng)水灰比小于0.35時(shí),體內(nèi)相對濕度會(huì)很快降低到80%一下,自身收縮與干縮則接近1:1。
達(dá)到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問題,以最大限度減少開裂影響,成為大體積混凝土。在大體積混凝土中即使水灰比并不低,自身收縮值也不打,但與溫度收縮疊加到一起,就使應(yīng)力增大,所以在水工大壩施工時(shí)就將自身收縮作為一項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測定和考慮。
采取預(yù)冷拌合物和埋設(shè)冷卻水管等措施來控制內(nèi)外溫差,降低最大溫升,可以有效減小收縮龜裂。溫度變化本身并不能造成開裂,開裂是由于應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度所引起,所以把彈性模量、熱膨脹系數(shù)以及松弛能力,包括他們在初期的變化都必須考慮在內(nèi)。
應(yīng)對收縮龜裂的方法:
1、降低新拌混凝土的溫度,從25降到12;△Tc=15-18k;
2、采用優(yōu)質(zhì)品牌水泥△Tc可達(dá)20k;
3、石子最大粒徑用32mm,△Tc=5-10k;
4、骨料線脹系數(shù)低,△Tc可達(dá)10k;
5、摻引氣劑(含量3-6%),△Tc=3-5k,
6、用碎石比用卵石△Tc3-5k;
7、水泥用量從340改為280,(以粉煤灰等量取代),△Tc=3-5k。
水泥用量150,粉煤灰用量200,摻用高效減水劑,水膠比保持在0.3左右,配制的混凝土工作度良好,28d強(qiáng)度達(dá)到約30-40mpa(摻有引氣劑以保證抗凍融循環(huán)能力)或50mpa(未摻引氣劑),一年強(qiáng)度接近50-60 mpa(摻有引氣劑以保證抗凍融循環(huán)能力)或100mpa(未摻引氣劑)
1. 水膠比決定使用效果。一定范圍內(nèi),是混凝土的水膠比,而不是粉煤灰的摻量決定使用效果。粉煤灰混凝土適宜的水膠比在0.40以下。
2. 達(dá)到同樣的可泵性,粉煤灰混凝土的坍落度較小。粉煤灰混凝土的坍落度僅70mm就可進(jìn)行良好泵送。
3. 澆筑后及時(shí)覆蓋,一般不要噴霧,尤其不要灑水或浸水養(yǎng)護(hù),可噴灑養(yǎng)護(hù)劑。
4. 小試件很難反映實(shí)際結(jié)構(gòu)混凝土性能。(實(shí)驗(yàn)室中的標(biāo)準(zhǔn)塊是很難反映大體積混凝土的實(shí)際性能