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毕业设计]混凝土工程裂缝的研究.doc毕业设计]混凝土工程裂缝的研究.doc -- 9 元

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学生毕业论文题目混凝土工程裂缝的研究学院土木工程学院专业房屋建筑班级级建筑姓名学号指导教师完成日期2011年9月26日摘要混凝土是一种非均匀值脆性材料,由骨料、水泥石以及其中的气体和水组成。在温度和湿度变化的条件下,硬化并产生体积变化,由于各种材料变化不一致,互相约束而产生初始应力,造成在混凝土内出现微裂缝。这种微裂缝的分布不规则且不连贯,在荷载或应力作用下,裂缝开始扩展,并逐渐互相贯通,从而出现较大的肉眼可见的裂缝,成为宏观裂缝。开裂发生的原因可能是原材料的选取与配合比的选择不当、施工方法和措施有误、建筑物所处的条件的影响以及结构不合理等。混凝土所产生的温度收缩、干燥收缩、不均匀沉降、结构应力集中等都可能或导致混凝土开裂。在实际工程中,往往是各种因素多重作用引起混凝土开裂。宽度小于或等于0.05mm的裂缝通常对使用功能无大的危害,叫做无害裂缝而结构物的有害裂缝不仅会降低力学性能和承载力,而且直接影响结构耐久性,缩短使用寿命。施工中应采用措施式结构尽量不出现裂缝,或减少裂缝的数量和宽度,特别是避免出现有害裂缝。国内外对裂缝宽度都有相应的规定,如我国的CCES012004混凝土结构耐久性设计与施工指南,对钢筋混凝土结构的最大允许裂缝宽度就明确规定干湿交替和冻融环境下的一般构件为0.2mm水中和土中环境为0.3mm。混凝土由各种收缩引起的裂缝问题一直是混凝土结构物裂缝控制的重点和难点。SummaryConcreteisabrittlematerialnonuniformvalue,theaggregate,cement,andoneofthegasandwatercomposition.Changesintemperatureandhumidityconditions,thehardeningandproducevolumechangesduetochangesinvariousmaterialsareinconsistentwitheachotherconstraintsarisingfromtheinitialstress,resultinginmicrocracksintheconcrete.Thisirregulardistributionofmicrocracksandnotcoherent,intheloadorstress,thecracksbegantoexpand,andgraduallythrougheachother,thusagreatervisiblecracksbecomemacroscopiccracks.Crackingreasonsoftheoccurrencemaybetheselectionofrawmaterialsandthedesignoftheimproperselection,constructionmethodsandmeasuresinthewrong,buildingtheconditiontheinfluenceandunreasonablestructureandsoon.Concretetemperatureshrinkage,producedbydryingshrinkage,theunevensettlement,thestructurestressconcentrationmayorleadtoconcretecracking.Inpracticalprojects,oftenisthevariousfactorsofconcretecrackingcausedbymultipleroles.Widthoflessthanorequalto0.05mmtousefunctionofcrackusuallynoharmful,calledharmlesscrackThestructuresandtheharmfulcrackswillnotonlyreducethemechanicalpropertiesandthebearingcapacity,butalsodirectlyaffectingthestructuredurability,shortenservicelife.Constructionshouldbeadoptedmeasurestypestructuretrynottocrack,orreducethenumberofcracksandwidth,especiallyavoidharmfulcracks.Tocrackwidthathomeandabroadhavecorrespondingprovisions,suchasChinasCCES012004concretestructuredurabilitydesignandconstructionguide,thebiggestofreinforcedconcretestructureallowsthecrackwidthisspecificprovisionalternatingwetandfreezethawenvironmentofgeneralcomponentis0.2mmThewaterandsoilenvironmentof0.3mm.Concretebyallsortsoftheshrinkingthecracksoftheconcretestructuresisalwaysthecrackcontrolofthekeyanddifficult.混凝土工程裂缝的研究正文一、混凝土裂缝的类型及成因造成混凝土裂缝的原因是多方面的,一般而言,可分为混凝土自身原因和外部原因两大类。(一)混凝土因自身特性产生裂缝1、收缩裂缝收缩裂缝顾名思义其产生的原因就是混凝土硬化后水分蒸发体积上收缩。从理论上讲,当混凝土在无任何约束自由收缩时,不会产生裂缝。而在实际工程中,混凝土总是受到各种约束的,如两端的约束、内部配置钢筋的约束等。由于混凝土收缩过程中受到约束,因而内部产生拉应力,当拉应力大于混凝土的抗拉强度时,就会产生收缩裂缝。一般来说,混凝土受到的约束越大,其产生的收缩裂缝越多。由于混凝土体积收缩时因为水分蒸发、干燥导致的,因此又称为干缩裂缝。因为混凝土中的水分蒸发通常情况下主要在混凝土浇捣后的硬化过程中和樱花早起一个月左右的时间内完成的,尤其在硬化过程中水分蒸发速率最大因而,相应地收缩裂缝出现的时间与其相对应,通常情况下,混凝土拆模时收缩裂缝就已基本形成,有时只是因为裂缝太小不易被发觉,之后随着混凝土水分的进一步蒸发,其裂缝就逐渐变大或者由于产生渗漏时才能会被发觉。一般情况,几个月以后,混凝土体内多余的水分蒸发已基本完成,混凝土内湿度与环境的湿度基本趋于一致,因而收缩裂缝的大小发展也趋于停止,处于相对稳定状态。当然,之后还将随着环境湿度和温度的变化略有变化,当环境湿度变大时,混凝土将吸收空气中的水份,而收缩裂缝变小,反之则变大。另外,还随着温度的变化,混凝土也将产生热胀冷缩现象,裂缝随温度的升高而变小,随温度的降低而变大。这种变化可分为早起体积变化、硬化过程的体积变化、硬化后的体积变化。如果混凝土的体积变化受到约束,且混凝土自身抵抗这种变形的抗拉性能过低时,就会产生开裂。可以说,混凝土自身收缩是其固有的物理特性,而由此类原因产生的收缩裂缝,占大多数。(1)干燥收缩由于水泥混凝土的脱水干燥,其长度或体积会有所减少,称为干燥收缩。混凝土的干燥收缩主要是由于水泥石的干燥引起的水泥石的收缩比混凝土大,约为普通混凝土的1d的龄期为基准,相对湿度70左右的环境下,最终的收缩变形为左右。影响其干缩变形的主要原因可分为内外两个方面内因涉及单方水泥用量、用水量、水灰比、骨料以及构件大小外因则涉及环境的相对湿度、干燥时间等。(2)水化收缩水泥和水反应后生成物体积,会比反应前水泥和水的体积有所减小水化反应的同时,绝对体积也会减小,即产生水化收缩。(3)混凝土自身收缩所谓自身收缩,是指在外部无水分供应时,水泥浆的骨架形成后,伴随着水泥水化反应的逐步完成,水泥浆中谁被消耗,也会形成弯液面而发生负压,出现的收缩现象。(4)干湿引发的体积变化硬化后混凝土结构虽然是稳定的,但在水中或高湿度的地方,会有与吸收水而产生膨胀,称为润湿膨胀。影响其膨胀的主要原因有混凝土中的单方用水量、水泥用量、水灰比、骨料及构件的大小、混凝土沁水前的干燥状态以及水中存放期限等。2、温度裂缝温差裂缝主要是由于温度差或由于温度变通过混凝土热胀冷缩效应而引起混凝土开裂的。其中可分为两类。一类为由于混凝土内部存在一个温度差,从而内部产生温度效应力而导致混凝土开裂的。这一般发生厚度大于等于1m的大体积混凝土中,出现时间一般在混凝土硬化过程中和硬化早期,其温度变化来源与水泥水化反应过程中所释放的水化热,在混凝土表面由于热量散发比混凝土内部快,因而在混凝土表面和内部形成一个温度梯度,产生温差,从而产生温度应力,当温度应力大于混凝土抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝,此类型裂缝有贯穿的,也有不贯穿的。对于大体积混凝土,温升引起的膨胀是极度危险。由于混凝体积大,聚积在混凝土内部的热量不易散发,导致混凝土内部温度升高而混凝土表面散热很快,这样就形成了温差很大的内表温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。当表面来应力超过混凝土的极限抗拉强度时,就会在混凝土表面产生裂缝。同时,随着水化反应的减弱,混凝土将逐步降温,在降温过程中则会引起混凝土的收缩变形加上混凝土多余水分蒸发也会引起体积变化,当受到地基和结构边界的约束,会产生很大的收缩拉应力,当收缩拉应力大于混凝土的抗拉应力时,混凝土就会产生贯穿整个截面的裂缝。另一类温差裂缝并不是开裂混凝土本身内部有温度差所引起的,而是出于整个混凝土结构中局部混凝土构建所受环境温度的变化,通过热胀冷缩效应,对与其相关的构件产生拉应力。当这个来自于外部的拉应力大于混凝土抗拉强度时,混凝土就会开裂。此类裂缝出现的时间较晚,一般在混凝土硬化后12年才出现,一旦出现通常是贯通的,宽度一般为≦0.3mm,但个别局位也会大于0.3mm。例如,在建筑物的东西两端墙角混凝土楼板处,由于墙角两侧的混凝墙体受太阳的照射,温度升高,产生膨胀,从而对与之相连的混凝土楼板产生两个垂直方向的拉应力,其合力为45°方向,若该拉应力大于混凝土楼板的抗拉强度时,则在墙角处的混凝土楼板会在与外界45°角拉应力合力方向相正交的方向产生45度的裂缝。由于对混凝土楼板来讲这个温度变化而产生拉应力来自与外部和结构有关,因而,这里对这一类温度裂缝的预防、控制不展开讨论。影响温度裂缝的主要因素有水泥品种、水泥浆量、构建形状、断面尺寸、混凝土浇注时温度及外界气温等。3.塑性收缩裂缝的成因塑性收缩是指混凝土在凝结之前,表面因失水很快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现,裂缝多呈现中间宽两端细且长短不一,互不连贯状态。其产生的主要原因为混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小,或者混凝土刚刚中宁儿强度小时,受高温或较大的风力影响,混凝土表面失水过快,造成毛细管中产生较大的负压二十混凝土体积急剧收缩,而此时混凝土强度又无法抵抗其本身的收缩,而产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝聚时间、环境温度、风速、相对湿度等。塑性裂缝的产生是由于结构地质不均、松软或回填土不实或沁水而造成不均匀沉降所致或者是因为魔板厚度不足模板支撑间距过大或支撑底部松动所致,特别是在冬季,模板支撑在冻土中。东突华东后产生不均匀沉降,只是混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深井或贯穿性裂缝,其走向与沉降情况有关,以扮演与地面垂直或呈30°-45°方向发展,较大的沉陷裂缝。往往有一定的错位,裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后,沉降裂缝也基本趋于稳定。(二)化学反应引起的裂缝碱骨料缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最为常见的,由于化学反应而引起的裂缝。混凝土拌合后会产生一些碱性离子。这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大,造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现混凝土结构的使期间,一旦出现很难补救,因此应在施工中采取有效措施进行预防。由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄,有害物质进入混凝土是钢筋产生锈蚀,锈蚀筋体积膨胀,导致混凝土开裂,此类型的裂缝多为纵向缝,沿钢筋的布置位置出现。钢筋在混凝土中锈蚀是电化学反应过程。决定钢筋腐蚀反应的基本因素是电位差、水和氧缺一不可,实际腐蚀速度大多数不是受制于氧的供应。cl¯是钢筋腐蚀反应的最强烈的活化剂,cl¯能破坏钢筋表面的钝化膜从而引发腐蚀,也能增高溶液导电性、增大电位差、加速腐蚀反应所以当混凝土中掺有氧盐或掺入cl¯时就容易引发钢筋腐蚀。现实工程中的钢筋腐蚀都起因于此。混凝土中钢筋表面腐蚀或铁锈后,体积可变为原先的几倍,挤压其外侧混凝土并使之产生垂直于径向胀压力的拉应力,拉应力超过混凝土的成耐能力就将在混凝土的保护层上引发出顺沿钢筋的纵向裂缝。裂缝出现后,外面的水、氧可沿缝渗入并进一步加速腐蚀,若是发展下去,裂缝将会增宽、延长,甚至是混凝土保护层破裂剥落。钢筋截面可随着锈蚀发展而相应减小,细径钢筋甚至可被锈蚀断并对工程结构的安全性、耐久性造成恶劣的影响。三)混凝土结构受力裂缝结构受荷载后产生裂缝的因素很多,施工中和使用都可能出现裂缝。例如早期受震、拆模过早或方法不当、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉应力值过大等均可产生裂缝。而最常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件,在使用荷载作用往往出现不同程度的裂缝。普通钢筋混凝土构件在承受了3040的设计荷载,就可能出现裂缝,肉眼一般不可见,而构件的极限破坏荷载往往都在设计荷载的1.5倍以上。所以在一般情况下钢筋混凝构件是允许带裂缝工作的(这就是前面所讲到的无害裂缝)。在钢筋混凝土设计规范中,分别不同情况规定裂缝的最大宽度为.020.3mm对那些宽度超过规范规定的裂缝,以及不允许开裂的构件上出现裂缝则认为有害,需加以认真分析,慎重处理。(四)施工工艺及流程造成的裂缝1.施工不当长城的裂缝混凝土施工过程中由于施工不当、模板支撑下沉,或过早除去梁板底模和支撑等形成的裂缝施工控制不严,由于施工荷载过大而导致出现裂缝。2.在施工中,不规范的浇捣过程对裂缝产生也有直接影响振捣时间过短,或振捣不到位,混凝土都无法达到密实状态而如果振捣时间过长,石子下沉上面砂浆偏多,该处水泥较多,干缩变形也就很大,收缩不均匀也容易产生裂缝。3.模板、垫层过于燥模板、垫层在浇筑混凝土之间洒水不够,过于干燥,则模板吸水过大,引起混凝土的塑性收缩,导致混凝土板表面裂缝。4.抹平压光造成的裂缝过度的抹平压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面,形成含水量很大的水泥浆层,水泥浆中的氢氧化钙于空气中的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。5.养护不当造成的裂缝过早养护会影响混凝土的胶结能力过迟养护,如干燥过快,则通常在表面上产生宽度不规侧的收缩裂缝。开始养护的时间应该考虑气温、温度、风速等原因,一般情况下,在混凝土初凝时,开始养护。养护措施要合理,应该采用麻袋覆盖浇水养护,以保证混凝土整体表面能够充分的湿润,养护时间应在7天以上。养护不好则对混凝土整体质量影响特别显著,将直接影响到混凝土的抗裂能力。特别是在冬天和夏天施工期间,更需要注意混凝土内外温差和湿度的控制。6.后浇带施工不慎而造成的裂缝为了解决钢筋混凝土收缩变形和温度应力,规范要求采取施工后浇带法,有些施工后浇带不完全按照设计要求施工,例如施工末留企口缝板的后浇带不支模板,造成斜坡槎疏松混凝土未彻底凿除等都可能造成裂缝。7.混凝土的弹性变形及支座处的负弯矩施工中在混凝土为达到规定强度,过早拆模,或者在混凝土为达到终凝时间就已承受了荷载。着希望因素都可直接造成混凝土的弹性变形,致使混凝土早期强度低或没有强度时,承受弯、压、拉应力,导致产生内伤或断裂。施工中不注意钢筋的保护,将会造成支座的负弯矩,导致板面出现裂缝。此外,大梁两侧的楼板不均匀沉降也会使支座产生负弯矩造成横向裂缝。二、混凝土裂缝的预防措施设计方面、施工方面的因素可以通过人为措施进行干预和调整,并且能够得到改善甚至于做到完全避免而混凝土自身的干燥收缩变形确是无法完全避免的,因为它是混凝土本身固有的特性,我们只有通过改善各种影响混凝土干缩变形的因素,才能减少和减小混凝土的裂缝产生和宽度。对混凝土裂缝的控制方法,应该以预防为主,同时在施工过程做好过程控制,尽量做到按设计和施工规范进行操作,如果发现微小裂缝存在,应及时进行处理补救,现针对现场实际可能出现的情况,提出以下控制措施和建议。(一)严格控制混凝土施工配合比根据混凝土强度等级和质量检验以及混凝土和易性的要求确定配合比。严格控制水灰比和水泥用量。选择级配良好的石子,减小空隙率和砂率以及减少收缩量,提高混凝土抗裂强度。(二)严格控制混凝土的温度应力温度应力是产生温度裂缝的根本原因,一般将内外温差控制在2025℃范围内时,不会产生裂缝。在保证混凝土强度的条件下,尽量减少水泥用量和每立方米混凝土的用水量尽量降低混凝土的入模温度。规范要求混凝土的浇筑温度不宜超过28℃,故在气温较高时,可在砂堆场、运输设备上搭设简易的遮阳装置,采取低温水或冰水拌制混凝土。(三)做好裂缝计算过设计单位除对钢筋混凝土结构体系进行常规计算外,好应考虑现场的实际施工状况,对容易产生裂缝的部位进行裂缝计算,同时选择合理的混凝土强度等级和级配,如对楼板配筋改成细密性的,采用上下双层双向配筋,在柱支座处增加钢筋网片等。(四)做好混凝土的浇筑和振捣在混凝土浇捣前,应先将基层和模板浇水湿透,避免过多的吸收水分,浇捣过程中应尽量做到既振捣充分又避免过度。在楼板浇捣过程中更要派专人护筋,避免踩弯面负筋的现象发生。通过在大梁两侧的面层内配置通长的钢筋网片承受支座负弯矩,避免因不均匀沉降而产生的裂缝。混凝土浇捣完成后,要及时进行养护,包括湿度和温差方面的要求。禁止在混凝土强度未达到设计要求和施工规范规定的要求的情况下,擅自进行拆除支撑和模板。同时应根据设计提供的承载力限制,合理进行材料堆放。(五)做好后浇带的施工施工后浇带的施工应认真领会设计意图,制定施工方案。杜绝在后浇处出现混凝土不密实、不按图纸要求留企口缝。三、混凝土裂缝的处理措施(一)表面修补法表面修补法是一种简单、常见的修补方法。它主要是用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及探进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料。在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,通常可以采取在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。(二)灌浆、嵌缝封堵法灌浆法主要是由于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补,它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中。胶结材料硬化后与混凝土形成整体,从而起到封堵加固的作用。常用的胶结材料有水泥、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯的化学材料。以达到封堵裂缝的目的。常用的塑性材料有聚录乙烯胶泥、塑性油脂、丁基橡腔等等。常见的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。(三)结构加固法当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法加大混凝土结构的截面尺寸。在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。(四)混凝土置换法混凝土置换法是处理混凝土严重损坏的一种有效的方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换新的混凝土或其他材料。常见的置换材料有普通混凝土、水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土和砂浆。(五)电化学护法电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用,改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态,钝化钢筋,以达到防腐的目的。阴极防腐法、氯盐提取法、碱性复原法是化学护法中常用到而且很有效的三种方法。六仿生自愈和法仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法它是模仿生物组织对受刨伤部位自动分泌某种物质。而使刨伤部位得到愈合的机能。在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分如含拈结剂的液芯纤维或胶囊。在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统,当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。四、结束语混凝土结构裂缝的危害是巨大的,它将直接影响工程的质量、安全、是有功能和观瞻,加速内部钢筋的锈蚀,影响结构的耐久性、安全使用年限,给人们的生活带来潜在的危害。因此混凝土泵送施工技术规程JGJ/T1095、混凝土质量控制标准GB5016492、混凝土结构工程施工质量验收规范GB502042002等标准与规范中都对其有详细而严格的要求。我们必须高度重视,在工程实践中以预防控制为主,若结构出现裂缝要认真分析原因,并采取相应的措施加以妥善处理。参考文献1江传良,冼巧玲,钢筋混凝土结构裂缝分析及其防治J.科学技术与工程,2006,(01)2耿鸥,现浇钢筋混凝土板裂缝原因分析及防治措施J.东南大学学报.(9)44453霍载武、郑建云,钢筋混凝土梁板的裂缝防治与处理J.西部探矿工程,2005,(8)4李斌,混凝土裂缝的预防与处理J,攀枝花学院报,2005,(12)89905冯耐谦,混凝土裂缝的预防与对策M,北京机械工业出版社,20066王铁梦,工程结构裂缝控制M,北京中国建筑工业出版社,1997.
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