水工混凝土结构构件裂缝控制研究

三峡大学高等教育自学考试本科毕业生论文评审表水工混凝土结构构件裂缝控制研究准考证号： 053013110695 姓 名： 林思越 专 业： 水利水电建筑工程 办 学 点： 湖北水利水电职业技术学院 学生类型： 独立本科段 2015 年 03 月 20 日湖北水利水电职业技术学院高等教育自学考试办公室印制论 文 内 容 摘 要摘 要水工混凝土结构构件中，无论是施工期或是运行期，都会发现结构存在或多或少的宽窄不一的各种裂缝。但是水工混凝土结构构件中裂缝的出现时在所难免的。对于水工混凝土结构构件裂缝的控制是个综合性的问题。本论文较为全面地阐述水工混凝土结构构件裂缝的分类及其成因，分析了水工混凝土结构构件裂缝的危害及如何控制，总结各类型裂缝的形态和特点，并且介绍了裂缝所采取的措施。索引关键词：混凝土结构构件裂缝 裂缝的处理 裂缝的危害 裂缝的控制 指导教师 单位 职称评语：成绩： 评阅教师签名：年 月 日职成学院自考办意见：盖章：年 月 日三 峡 大 学 高 等 教 育 自 学 考 试 本 科 毕 业 论 文-1-目录第一章 绪论 .11.1 论文研究的背景及目的 .11.2 国内外文献资料情况 .11.3 论文研究的思路 .2第二章 水工混凝土结构构件裂缝 .3分类及成因 .32.1 温度裂缝 .32.2 结构裂缝 .32.3 收缩裂缝 .32.4 钢筋锈蚀引起的裂缝 .42.5 冻胀引起的裂缝 .42.6 材料质量引起的裂缝 .42.7 施工质量引起的裂缝 .5第三章 水工混凝土结构构件裂缝的危害 .73.1 混凝土结构的裂缝是不可避免的 .73.2 水工混凝土结构构件裂缝的危害 .7第四章 水工混凝土结构构件裂缝的处理 .104.1 水工混凝土结构构件裂缝的处理原则 .104.2 水工混凝土结构构件裂缝的方法 .10第五章 水工混凝土结构构件裂缝的控制 .125.1 应对水工混凝土结构构件裂缝所采取的措施 .125.2 水工混凝土结构构件裂缝的控制 .13第六章 结论 .14结束语 .15后记 .16参考文献 .17三 峡 大 学 高 等 教 育 自 学 考 试 本 科 毕 业 论 文-2-第一章 绪论1.1 论文研究的背景及目的水工混凝土结构构件中，无论是施工期或是运行期，都会发现结构存在或多或少的宽窄不一的各种裂缝。至于裂缝的危害及其后果，主要是引起渗漏和钢筋锈蚀，以及影响结构的整体性和耐久性。因此，一旦结构出现危害性的裂缝（通常指贯穿性裂缝）后，必须进行修补以防渗漏。然而，当结构出现贯穿性裂缝后，靠修补是很难恢复结构整体性的，只是不得已而采取的补救措施。所以，在设计或施工阶段就应该着手安排在原受力结构表面设置一层柔性防渗防护层，使之成为受力结构和防渗结构相结合的新型结构，实现水工混凝土结构裂缝的危害得以控制。1.2 国内外文献资料情况水工混凝土结构构件中，裂缝的存在和发展会使得内部的钢筋等材料产生腐蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力，影响结构构件的整体性和建筑物安全。近代科学研究和大量实践证明，水工混凝土结构构件中裂缝问题是难以完全避免的，但在一定的范围之内是可以接受的。钢筋混凝土规范也明确规定：有些结构构件在所有的不同条件下，允许存在一定宽度的裂缝。但是在施工中应该尽量采取有效措施控制裂缝产生，使结构构件尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现，从而确定保工程质量。水工混凝土结构构件裂缝是水工混凝土建筑物最普遍、最常见的病害之一，不发生结构构件裂缝的混凝土建筑物是极少的。裂缝对水工混凝土建筑物的危害程度不一，严重的裂缝不仅危害建筑物的整体性和稳定性，而且还会产生大量漏水，使得水工建筑物的安全运行受到严重威胁。另外，裂缝往往会引起其他病害的发生与发展，如渗漏溶蚀、环境水侵蚀、冻融破坏及钢筋锈蚀等等。这些病害与裂缝形成恶性循环，会对水工混凝土建筑物的耐久性产生很大的危害。因此，对水工混凝土结构构件的抗裂性研究一直是国内外工程界极为关注的课题。但是不少人往往将水工混凝土材料本身的抗裂性与水工混凝土结构构件抗裂性的两个问题混为一谈，使得水工混凝土结构构件的抗裂性研究陷入了误区。其实，水工建筑物材料抗裂性（抗裂指数）是表示混凝土材料本身的综合抗裂能力，它是根据室内混凝土有关性能试验结果计算出来的，与混凝土抗压强度等一样，是代表混凝土的一种性能，也是评价混凝土配合比优劣的重要参考数；而水工混凝土结构构件抗裂性（抗裂安全系数）则表示混凝土结构构件与产生混凝土裂缝的破坏力之比。抗裂安全系数不仅与混凝土材料本身的抗裂能力有关，同时与混凝土结构构件施工时的温控措施、湿养护条件、保温防护及结构约束条件有关，而水工混凝土材料抗裂性（抗裂指数）只与混凝土原材料、三 峡 大 学 高 等 教 育 自 学 考 试 本 科 毕 业 论 文-3-配合比有关，与现场湿控措施、保温保湿养护条件及约束条件无关。水工混凝土结构构件裂缝产生的原因有很多，有变形引起的裂缝：如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝；由外荷载作用引起的裂缝；有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。1.3 论文研究的思路针对水工混凝土结构构件裂缝的成因复杂性问题，在深入掌握水工混凝土结构构件裂缝形成规律及有关理论的基础上，本论文较为全面地阐述水工混凝土结构构件裂缝的分类及其成因，分析了水工混凝土结构构件裂缝的危害及如何控制，总结各类型裂缝的形态和特点，并且介绍了裂缝所采取的措施。三 峡 大 学 高 等 教 育 自 学 考 试 本 科 毕 业 论 文-4-第二章 水工混凝土结构构件裂缝分类及成因水工混凝土结构构件裂缝大致可以分为：温度裂缝、结构裂缝、收缩裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、冻胀引起的裂缝、材料质量引起的裂缝、施工质量引起的裂缝等等。2.1 温度裂缝由大气温度变化、周围环境温度的影响，混凝土硬化期间水泥释放出大量水化热（水泥的水化热为 165250J / g） ，结构内部温度（热温升可达 50 80 ）不断上升，在表面产生应力。后期降温过程中混凝土内外温差 10 时，冷缩值 c = T = 0101 % ,如温差为 20 30 时,其冷缩值为 0102 %0103 %，受到约束因素较多，混凝土内部应力不均。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力，当温度应力超过其它外荷载所引起的应力时会出现裂缝。2.2 结构裂缝1.设计阶段计算结构存在偏差或者配筋有误，结构安全系数不够。2.施工阶段未按照设计及有关规定进行正常施工，对重点部位及隐蔽工程未能做到严格控制。3.使用阶段超大载荷的机械搬运安置过程中的接触、撞击等。4.其它因素在结构体中凿洞、开槽，严重影响结构体的应力分布，导致受力钢筋超出拉伸范围出现裂缝等。2.3 收缩裂缝这一类裂缝是由于材料缺陷引起的,研究表明,水泥加水后变成水泥硬化体,起绝对体积减小,毛细孔缝中水逸出产生毛细压力,使混凝土产生毛细收缩。常见的混凝土收缩裂缝种类分为：塑性收缩，缩水收缩（干缩） ，自生收缩，炭化收缩。2.3.1 塑性收缩施工过程中混凝土建筑后 45 个小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形三 峡 大 学 高 等 教 育 自 学 考 试 本 科 毕 业 论 文-5-成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉、此时混凝土尚未硬化形成塑性收缩。2.3.2 缩水收缩（干缩）混凝土硬化以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩。配筋率较大的构件（超过 3%） ，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。2.3.3 自生收缩自生收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应，普通硅酸盐水泥混凝土为正收缩，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土为负收缩（即膨胀） 。2.3.4 炭化收缩大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生的化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只有在湿度 50%左右才能发生，且随二氧化碳的浓度的增加而加快。2.4 钢筋锈蚀引起的裂缝混凝土保护层受到二氧化碳或者其它酸性物质侵蚀炭化至钢筋表面，使得钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到钢筋混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀体积比原来增长 2-4 倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，严重结果会导致结构破坏。2.5 冻胀引起的裂缝当气温低于 0时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀 9%，因而混凝土产生膨胀应力，同时过冷水迁移和重分布引起渗透压，使膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最为严重，强度损失可达 30%-50%。骨料中含泥土等杂质过多，混凝土水灰比偏大、振捣不密实，养护不当使混凝土早期受冻等，均可导致混凝土冻胀裂缝。 2.6 材料质量引起的裂缝混凝土主要由水泥、砂、粗细骨料、拌合水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可导致其结构出现裂缝。三 峡 大 学 高 等 教 育 自 学 考 试 本 科 毕 业 论 文-6-2.6.1 水泥1.水泥安定性不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标，氧化钙在凝结过程中水化很慢，在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用，可破坏已硬化的水泥，使混凝土强度下降。2.水泥出厂时强度不足，受潮或过期，使混凝土强度不足，从而导致混凝土开裂。3.当水泥含碱量较高（超过 0.6%） ，同时又使用含有碱活性的骨料，可能会导致碱骨料反应。2.6.2 砂、石骨料1.砂石的粒径、级配、杂质含量。2.砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥及拌合水用量加大，影响混凝土的强度，使得混凝土收缩加大。2.6.3 拌合水及外加剂拌合水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。2.7 施工质量引起的裂缝在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生各种裂缝，比较典型常见的有：（1）混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力钢筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。（2）混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或者其它荷载裂缝的起源点；混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，即塑性收缩裂缝。（3）混凝土搅拌、运输时间过长，水份蒸发过多或混凝土初期养护时较为干燥，引起混凝土塌落度过低，产生收缩裂缝。（4）泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。（5）混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理差，易在新旧混凝土和施工缝之间出