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(2)骨料

水泥石与骨料的粘结力与骨料的表面情况有关,骨料的表面粗糙,则与水泥石粘结力较大,故在原材料及坍落度相同的情况下,用碎石比用卵石强度来的高。增大骨料粒径,可以减少用水量,而使混凝土的收缩和泌水随之减少。同时骨料本身的强度一般比水泥石强度高(轻骨料除外),所以不直接影响混凝土强度,但若骨料经风化等作用而强度降低时,则用其配制的混凝土强度也降低。混凝土中骨料重量与水泥重量之比称为骨灰比。骨灰比对35Mpa以上的混凝土强度影响较大。在相同水灰比和坍落度下,混凝土强度随骨灰比的增大而提高,因为骨料增多后表面积增大,吸水量也增加,从而降低了有效水灰比,使混凝土强度提高。另外水泥砂浆相对含量减少,致使混凝土内总孔隙率体积减少,也有利于混凝土强度的提高。

在混凝土内部,骨料对水泥石的收缩起约束作用。混凝土的收缩对净水泥浆收缩的比取决于混凝土的骨料含量V(以体积的%计)。骨含量越大则收缩越小。在实际施工中考虑到泵送混凝土的要求,规范对骨料的粒径和级配都做出了限制。现在一般商品混凝土的砂率在40%以上,比普通混凝土的用砂量高,石子粒径5-25mm,比普通混凝土的石子粒径要小。由于细骨料的增多,减弱了混凝土之间的连接能力,增大了裂缝产生的机会。(3)水灰比、坍落度

水灰比是混凝土进行拌和时候的一个敏感指标。这个指标对混凝土的各项影响最大。

在采用同一种水泥(品种和标号相同)时,混凝土的强度主要取决于毛细管孔隙率或胶空比,这些参数都难于测定,但是充分密实的混凝土在任何水化程度下毛细管孔隙率可由水灰比所确定。在水泥标号相同情况下,水灰比越小,水泥石强度越高,与骨料的粘结力也越大,混凝土的强度也越高。同时为考虑对混凝土和易性、水泥用量等方面的要求,水灰比又不易太小,否则将影响强度的发展。当混凝土承受干燥作用时,首先是大空隙及粗毛细孔中的自由水分因物理力学结合遭到破坏而蒸发,这种失水不引起收缩。环境的干燥作用使得细空中的水产生毛细水压力,水泥石承受这种压力后产生压缩变形而收缩,即“毛细收缩”,使混凝土收缩变形的一部分。待毛细水蒸发后,开始进一步蒸发物理——化学结合的吸附水,首先蒸发引起显著的水泥石压缩,产生“吸附收缩”,是收缩变形的主要部分。混凝土的收缩来源于水泥石的收缩,水灰比大,收缩大。所以较高的水灰比可能会有两种影响:养护前期,孔隙水处于饱和阶段,收缩量小,但是后期如果养护条件恶化(比如拆模后的暴晒),导致孔隙水丧失过快,相反会引起混凝土收缩量的增大。但目前为便于泵送混凝土,商品混凝土的坍落度一般在10cm以上,有一些高层建筑施工时,坍落度甚至要超过20cm,所以水灰比一般在0.6左右,造成混凝土在硬化过程中,由于水分蒸发和胶凝体失水后引起干缩量增大,产生裂缝的概率也加大。尽管采用减水剂后,可降低水灰比,也有利于泵送,但由于商品混凝土的现场质量控制不严,出现随意向已拌好的混凝土中加水的现象并在加水以后又不进行二次搅拌,造成混凝土水灰比增大,严重影响混凝土拌合物的质量,使混凝土产生收缩裂缝的机会大大增加。

(4)外加剂、外掺料

在混凝土中加入各种外加剂可以使混凝土获得一些必要的特性。目前商品混凝土中应用的外加剂种类繁多,主要有:加气剂、塑化剂、高效减水剂、矿物质掺料等。掺加加气剂对混凝土有两种作用:从成分方面有增加收缩的作用;另一方面可以减少含水量,又减少收缩的作用。二者共同作用对收缩几乎不产生明显影响。在混凝土中掺加各种塑化剂,高效减水剂可以在保证其他组分用量不变的前提和保持良好的工作性条件下,大幅度减少用水量,降低水灰比,一方面可提高早期强度和后期强度,另一方面可以减少收缩。但过量的掺加塑化剂和减水剂又会显著增加收缩。近代混凝土中掺加活性粉料——粉煤灰的研究应用获得很大发展。由于可提高工作性,降低水化热(掺水泥用量的15%,降低水化热的15%左右),得到了大量应用,特别是泵送大体积混凝土。但同时应当注意到掺粉煤灰的混凝土早期抗拉强度及早期极限拉伸有少量的降低(约10%-20%),后期强度不受影响。这是因为粉煤灰混凝土的强度主要取决于粉煤灰的火山灰效应,粉煤灰在混凝土中当氢氧化钙薄膜覆盖在粉煤灰颗粒表面上时,就开始发生火山灰效应。但由于氢氧化钙薄膜与粉煤灰颗粒表面之间存在着水解层,钙离子要通过水解层与粉煤灰的活性组分反应,反应产物在层内逐渐聚集,水解层未被火山灰反应产物充满到某种程度时,不会使强度有较大增长,随着水解层被反应产物充满,粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联系,从而导致混凝土强度、不透水性和耐磨性的提高。对于收缩的影响根据德国所做实验提供的数据分析:掺加粉煤灰后,通常会增大水泥浆的体积,所以用水量如果保持不变,则干缩可能会稍微增大,但如果用水量因掺加粉煤灰而减小,则由于浆体增大的收缩可得到补偿。超细矿物掺料则对高强混凝土的性能影响更大,作为高强掺和料的超细矿粉具有较高的比表面积和活性,与水泥掺和使用后的水化产物主要为水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙,水化速度快,其体积减缩值大。以硅粉为例,化合后引起体积减缩为9.04%,.粉煤灰和矿渣体积减缩分别为16.98%和13.34%。因此超细矿粉的掺入增加了高强混凝土的自收缩值,也增加了它出现收缩裂缝的机率。1.2.2混凝土收缩的影响混凝土因收缩而导致的裂缝是混凝土裂缝最主要的形成原因。裂缝基本是由于水分蒸发和浆体收缩,收缩应力与混凝土的抗拉强度引起的,混凝土的收缩裂缝大体上有以下几种类型:

(1)塑性收缩裂缝

塑性收缩是混凝土在初凝前的塑性阶段失水形成的,一种情况是新浇筑的混凝土表面泌水,在室外会很快的蒸发;另一种情况是由于新拌混凝土颗粒之间的空间充满了水,浇筑后的混凝土表面受风吹、日晒、外部的高温度和低温度等因素的影响,随着混凝土表面水分的蒸发,内部水分逐渐向外部迁移,继续蒸发水分,造成混凝土在塑性阶段的体积收缩。塑性收缩一般可达新浇筑混凝土体积的1%左右,大流动性混凝土有时可达2%。在浇筑大面积平板(如楼板层)时,当表面日晒或风大,内部水分迁移速度小于上表面水分蒸发的速度时,混凝土表面的收缩应力远大于混凝土的抗拉强度,就会产生大量不规则微细裂缝,如不及时抹压和覆盖保水养护,此类裂缝会迅速向内部延伸,严重时会造成贯通裂缝。(2)水化反应收缩裂缝

水泥水化反应后,反应产物的体积与剩余自由水体积之和小于反应前水泥矿物体积与水体积之和,形成水化反应收缩。水泥的四种主要矿物的反应速度不同,水化反应的需水量不同,化学反应收缩量也不同。如硫化三碳在水化反应生成硅钙比为1.5的CSH凝时,水化反应的体积收缩量为2.5%。由于水泥熟料中硫化三碳含量为50%-60%,所以水化反应的浆体收缩量约为1.3%,而一般混凝土中浆体含量约占1/3,故水化反应可导致混凝土体积收缩约为0.43%,即浆体多的大流动性混凝土要多一些。又如

在水泥熟料中占8%-15%,所以水化反应的浆体收缩量为0.56%-1.05%,导致混凝土体积收缩为0.2%-0.35%。当体系中石膏消耗完毕会有一部分钙矾石转化为单硫型硫铝酸钙,使已收缩的体积有所增加。至于硫化二碳

它的水化反应速度仅为硫化三碳的1/10左右,对早期影响不大,一二年后,如水分供应充足,硫化二碳水化反应充分,不但体积不收缩,反而会有0.1%左右的增加。周围形成了薄膜,降低了水化速度。由于体系中石膏多已为

所消耗,其产物多为单硫型铝酸三钙或铁酸三钙,或与氢氧化钙反应生成

,水化反应收缩很少,生成多时还可能略有膨胀。总之,水泥水化反应收缩量可达混凝土体积0.5%以上,是个不容忽视的数量。在混凝土初凝前,水化反应收缩一部分反应在塑性收缩中,在混凝土初凝后的水泥水化反应收缩则主要形成混凝土内部的毛细孔,在养护不及时或养护时间过短时,会产生收缩裂缝。

表面温差收缩裂缝

大体积混凝土由于水泥水化热导致混凝土内部温度较高,当混凝土表面温度与气温相差过大时,会产生温度收缩裂缝。混凝土线膨胀系数约为每摄氏度0.00001,即温度每升高或降低10摄氏度,混凝土会产生0.01%的线膨胀或收缩.。例如C30混凝土的净弹性模量约为30000Mpa,当混凝土的线收缩为0.01%时,混凝土的受拉应力将达30000*0.01%=3Mpa,大约相当于C30混凝土28天的抗拉强度。在混凝土浇筑初期(3-5天),如果混凝土表面温度与环境温度相差大于10摄氏度时,则由于温差收缩产生的拉应力将大于混凝土的抗拉强度,既有可能出现温差裂缝。但由于空气是温度的不良导体,空气与混凝土表面的热交换不是靠传导而是靠对流,热交换比较缓和。经验表明,在无风的外部环境中,混凝土表面温度与气温之差大于25摄氏度时,就会产生肉眼可见的温差裂缝。(4)干燥收缩裂缝

混凝土硬化后,内部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收缩。在约束条件下,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。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,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,裂缝也明显起来。混凝土干燥收缩值的大小与混凝土的体积稳定性直接相关,并受环境相对湿度的影响。混凝土的诸多成分中,以粗骨料的体积稳定性最好,砂子次之。收缩变形主要发生在水泥及掺和料构成的浆体和砂浆上。因此,在施工和易性允许的情况下,尽可能加大石子用量,降低砂率,降低用水量,对减少干燥收缩裂缝以及提高混凝土的稳定性、强度和耐久性都是有利的。

(5)其他失水收缩

混凝土暴露在空气中,空中的二氧化碳溶进孔隙溶液中成为碳酸,与孔隙溶液中的氢氧化钙反应生成碳酸钙和游离水,这些游离水蒸发导致混凝土体积收缩成为碳化收缩。又如受碳化或淡水腐蚀等原因致使混凝土空隙液中PH值降低,氢氧化钙量不足时,会有一部分CSH凝胶或水化铝酸钙分解,析出氢氧化钙,以补充体系中的碱度,分解过程中都同时产生游离水,这些游离水进一步蒸发都会导致混凝土体积收缩。这些收缩都发生在混凝土硬化后较长时间内,一般会师干燥收缩裂缝扩宽或向深处发展。1.2.3施工工艺的影响(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,诱导裂缝的产生。(2)拌和不均匀(特别是掺用掺合料的混凝土),搅拌时间不足或过长,拌和后到浇筑时间间隔过长,易产生裂缝。(3)连续浇筑时间过长,接茬处理不当,易产生裂缝。(4)高空浇注混凝土,风速过大、烈日暴晒,混凝土收缩值大。(5)对大体积混凝土工程,缺少两次抹面,易产生表面收缩裂缝。(6)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。(7)现场养护措施不到位,混凝土早期脱水,引起收缩裂缝。(8)现场模板拆除不当,引起拆模裂缝或拆模过早。(9)现场预应力张拉不当(超张、偏心),引起混凝土张拉裂缝。这些因素都会造成混凝土较大的收缩,产生龟裂裂缝或疏松裂缝,致使混凝土微观裂缝迅速扩展,形成宏观裂缝。养护是使混凝土正常硬化的重要手段。养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。在标准养护条件下,混凝土硬化正常,不会开裂,但只适用于试块或是工厂的预制件生产,现场施工中不可能拥有这种条件。但是必须注意到,现场混凝土养护越接近标准条件,混凝土开裂可能性就越小。1.2.4外界因素的影响(1)构筑物基础不均匀沉降,产生沉降裂缝。(2)野蛮装修,随意拆除承重墙或凿洞等,引起裂缝。(3)周围环境影响,酸、碱、盐等对构筑物的侵蚀,引起裂缝。(4)意外事件,火灾、轻度地震等引起构筑物的裂缝。(5)使用中短期或长期超载。(6)结构构件各区域温度、湿度差异过大。1.2.5灰砂砖砌体的裂缝分析1.裂缝类型(1)砌体与柱、梁交接处的裂缝,水平缝或垂直缝。(2)砌体本身发生的裂缝,竖直缝或沿灰缝出现的裂缝。2、裂缝产生的原因(1)砌块干缩的影响:砌块干缩值一般小于0.4mm/m,有试验证明,在常温下养护一个月完成总收缩率的30~40%,养护两个月左右,其收缩率约完成95%,如在施工时速度过快,使用停滞期不足28d的砌块,就会产生砌块墙的收缩裂缝。(2)砌筑砂浆不饱满:砌块壁肋较窄,如不精心施工难以保证砂浆饱满和均匀,墙体一旦受到应力的作用就会在砂浆欠饱满处产生沿灰缝的裂缝。(3)温度裂缝:外墙内外温差造成变形不一致而产生裂缝,如梁下水平缝和窗台下暖气窑处裂缝。(4)结构沉降造成的裂缝:结构整体刚度差,砌块墙与框架柱梁只能靠柱上的拉筋连接,即使在抹灰时加了钢丝网,也难以抵抗由沉降造成的应力变形。(5)抹灰砂浆的影响:抹灰常用的水泥砂浆或水泥白灰混合砂浆,其收缩值一般为0.6mm/m~0.8mm/m,且保水和易性差,时常在抹灰时界面处产生泌水,下滑而导致空鼓开裂。第2章裂缝的预防措施裂缝的预防表现在设计、材料、施工、管理、环境等多个方面,本工程基础梁、楼板、圈梁均采用商品混凝土,我单位就施工方面提出具体措施。2.1施工方面2.1.1模板的安装及拆除(1)模板及其支架应根据工程结构形式、荷载大小、地基土类别、施工程序、施工工具和材料供应等条件进行设计。模板及其支架应具有足够的承载能力、刚度和稳定性,能可靠地承受浇筑混凝土的自重、侧压力、施工过程中产生的荷载,以及上层机构施工时产生的荷载。(2)安装的模板须构造紧密、不漏浆、不渗水,不影响混凝土均匀性及强度发展,并能保证构件形状正确规整。(3)安装模板时,为确保保护层厚度,应准确配置混凝土垫块和钢筋定位器等。(4)模板的支撑立柱应置于坚实的地面上,并应具有足够的刚度、强度和稳定性,间距适度,防止支撑沉陷,引起模板变形。上下层模板的支撑立柱应对准。(5)模板及其支架的拆除顺序及相应的施工安全措施在制定施工技术方案时应考虑周全。拆除模板时,不应对楼层形成冲击荷载。拆除模板及支架应随拆随清运,不得对楼层形成局部过大的施工荷载。模板及其支架拆除时混凝土结构可能尚未形成设计要求的受力体系,必要时应加设临时支撑。(6)底模及其支架拆除时的混凝土强度应符合设计要求;当无设计要求时,混凝土强度应符合表2.1的规定。(7)后浇带模板的支架及拆除易被忽视,由此常造成结构缺陷,应予以特别注意,须严格按施工技术方案执行。(8)已拆除模板及其支架的结构,在混凝土强度达到设计要求的强度后,方可承受全部使用荷载;当施工荷载所产生的效应比使用荷载的效应更为不利时,必须经过核算并加设临时支撑。表2.1底模拆除时的混凝土强度要求构件类型构件跨度/m达到设计混凝土立方体抗压强度标准值的百分率/%板≤2>2,≤8>8≥50≥75≥100梁、拱、壳≤8>8≥75≥100悬臂构件—≥1002.1.2混凝土的制备(1)应优先采用预拌混凝土,其质量应符合《预拌混凝土》GB/T14902的规定进行外,对品质、种类相同的混凝土,原则上要在同一预拌混凝土厂订货。如在两家或两家以上的预拌混凝土厂订货时,应保证各预拌混凝土厂所用主要材料及配合比相同,制备工艺条件基本相同。(2)施工者要事先制定好关于混凝土制备的技术操作规程和质量控制措施。2.1.3混凝土的运输(1)运输混凝土时,应能保持混凝土拌和物的均匀性,不应产生分层离析现象,运送容器应不漏浆,内壁关滑平整,具有防晒、防风、防雨雪、防寒设施,并宜快速运输。运送频率,应保证混凝土施工的连续性。(2)运输车在装料前应将车内残余混凝土及积水排尽。当需在卸料前补掺外加剂调整混凝土拌和物的工作性时,外加剂掺入后运输车应进行快速搅拌,搅拌时间应由实验确定。(3)运至浇捣地点混凝土的坍落应符合要求,当有离析时,应进行二次搅拌,搅拌时间应由实验确定。严禁向运输到浇筑地点的混凝土中任意加水。(4)由搅拌、运输到浇筑入模当气温不高于25℃时,持续时间不宜大于90min,当气温高于25℃时,持续时间不宜大于60min。当混凝土中掺加外加剂或采用快硬水泥时,持续时间应由实验确定。2.1.4混凝土的浇筑为了获得匀质密实的混凝土,浇筑时要考虑结构的浇筑区域、构件类别、钢筋配置状况以及混凝土拌和物的品质,选用适当机具与浇筑方法。(1)浇筑之前要检查模板及其支架、钢筋及保护层厚度、预埋件等的部位、尺寸,确认正确无误后,方可进行浇筑。同时,还应检查对浇筑混凝土有无障碍,必要时予以修正。(2)对现场浇筑的混凝土要进行监控,运抵现场的混凝土坍落不能满足施工要求时,可采取经实验确认的可靠方法调整坍落度,严禁随意加水。(3)浇筑墙、柱等较高构件时,一次浇筑高度以混凝土不离析为准,一般每层不超过500m,捣平后再浇筑上层,浇筑时要注意振捣到位时混凝土充满端头角落。(4)当楼板与梁一起浇筑时,先浇筑梁,再浇筑楼板。(5)浇筑时要防止钢筋、模板、定位筋等的移动和变形。(6)浇筑的混凝土要充填到钢筋、埋设物周围及模板内各角落,要振捣密实,不得漏振,也不得过振,更不得用振捣器拖赶混凝土。(7)分层浇筑混凝土时,要注意使上下层混凝土一体化。应在下一层混凝土出凝前将上一层混凝土浇筑完毕。在浇筑上层混凝土时,须将振捣器插入下一层混凝土5cm左右以便形成整体。(8)由于混凝土的泌水、骨料下沉,易产生塑性收缩裂缝,此时应对混凝土表面进行压实抹光;在浇筑混凝土时,如遇高温、太阳暴晒、大风天气,浇筑后应立即用塑料膜覆盖,避免发生混凝土表面硬结。(9)对大体积混凝土,应控制浇筑后的混凝土内部最高温度及其与表面的温差、混凝土表面与环境的温差,内部最高温度一般不高于70℃,内外温差不超过25℃,混凝土表面与环境差不超过15℃。(10)板类混凝土面层浇筑完毕后,应在初凝前进行二次抹压。(11)应按设计要求留置后浇带,后浇带混凝土的浇筑时间应符合设计要求,当无设计要求时,后浇带易在其两侧混凝土龄期8周后再行浇筑,且应加强该处混凝土的养护工作。(12)施工缝初浇筑混凝土前,应将接茬处剔凿干净,浇水湿润,并在接茬处铺水泥砂浆或涂混凝土界面剂,保证施工缝结合良好。2.1.5混凝土的养护(1)养护是防止混凝土产生裂缝的重要措施,必须充分重视,派专人养护工作。(2)混凝土浇注完毕,在混凝土凝结后即须进行妥善的保温、保湿养护,尽量避免急剧变化、振动以及外力的扰动。(3)浇筑后采用覆盖、晒水、喷雾或用薄膜保湿等养护措施;保温、保湿养护时间,对硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土,不得少于7d;对掺用缓凝型外加剂或抗渗要求的混凝土,不得少于14d。(4)底板和楼板等平面结构构件,混凝土浇筑收浆和抹压后,用塑料薄膜覆盖,防止表面水份蒸发,混凝土硬化至可上人时,可揭去塑料薄膜,铺上麻袋或草帘,用水浇透,有条件时尽量蓄水养护。(5)冬期施工不能向裸露部位的混凝土直接浇水养护,应用塑料薄膜和保温材料进行保温、保湿养护。(6)当混凝土外加剂对养护有特殊要求时,应严格按其要求进行养护。2.1.6砖墙裂缝防治(1)建议从设计着手在易裂的部位采取加强措施,在不同材料交接部位

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