混凝土裂缝教材

组成材料对混凝土结构的开裂性能的影响混凝土结构的开裂问题普遍使用早强高强的商品混凝土所导致。世界性的问题1996年Krauss和Rogalla调查了美国和加拿大的20万座桥梁，发现其中10万座以上的桥梁的混凝土桥面板在修建后不久就产生贯穿裂缝，裂缝间距仅有1~3米。我国的房屋建筑中的现浇混凝土楼板和地下室连续墙开裂现象十分严重。目前混凝土结构的开裂主要不是由于荷载的作用，而是变形所致，如温度变形、收缩变形和基础不均匀沉降变形等，都可能引起混凝土结构的开裂。根据王铁梦的估计，变形作用引起的裂缝几乎占全部裂缝的80%以上材料的耐久性结构的耐久性裂缝混凝土结构的裂缝常常是控制其使用寿命的主要因素。混凝土结构裂缝种类塑性裂缝温度裂缝收缩裂缝 自干燥收缩塑性裂缝混凝土表面泌水速率<蒸发速率开裂温度裂缝混凝土硬化期间由于水化放热产生温升，到达温峰后降温时产生的收缩变形，因变形受约束，形成拉应力超过抗拉强度，出现开裂的现象。混凝土连续墙有序开裂示意强度放热体积减小水泥浆水化“永恒的三角形” 干燥收缩裂缝

混凝土在体积收缩时受到外部或内部约束而引起的裂缝。干燥收缩：混凝土与外界环境间的湿度交换，失水干燥而引起的收缩；自生干燥收缩，指混凝土与外界无湿度交换，由于水化反应使内部湿度降低所引起收缩。在普通混凝土中，主要是干燥收缩，自生收缩不超过50微应变，在总收缩量中所占比例很小，不必过分重视。在高强或高性能混凝土中，自生收缩可达数百微应变，占总收缩量的一半左右，不可忽视。自身收缩和干燥收缩占总收缩的比例（%）混凝土的变形类型与开裂自由收缩，相向变形，不裂；限制收缩，背向变形,开裂;自由膨胀，背向变形，开裂；限制膨胀，相向变形，不裂用限制膨胀补偿限制收缩 限制收缩率Sm

限制膨胀率ε2混凝土不裂的条件：混凝土的极限延伸率Smˊ-ε2≤εp混凝土不裂的条件限制收缩率Sm

(Sm)={干燥收缩（Sy(t)）+自收缩（Sg(t)）+冷缩（ST(t)）}×约束系数（R）一般情况下，Sm=2.4～4×10-4Sm与混凝土的原材料性能及配合比、混凝土结构尺寸、配筋率、环境温度、湿度、养护等因素有关。混凝土结构裂缝产生的原因变形作用引起的混凝土结构开裂的原因很复杂，涉及到结构设计、材料组成、施工技术、环境状态等诸多因素。混凝土材料本身的组成与性质的变化，以及随之而来的施工技术变化是现代混凝土结构容易开裂的重要原因。水泥的影响30年代的水泥熟料中的C3S含量仅30%左右，比表面积约220m2/kg。现在的水泥的C3S含量超过50%，比表面积控制在340~370m2/kg之间。过去的70年中，美国ASTMI型硅酸盐水泥的7天强度翻了一翻，从17MPa提高到31MPa；50%以上的ASTMII型硅酸盐水泥的7天强度在31~38MPa之间。标准中对水泥的细度、C3S含量和早期强度没有限制导致了混凝土损坏程度增加。我们现在可以使用较少的水泥和较大的水灰比配制28天强度相同，但渗透性较大，从而耐久性较差的混凝土。在1960年，需要配制30-35MPa的混凝土时，可以用350kg/m3水泥、水灰比0.45来达到；在1985年，配制同样的混凝土只需250kg/m3水泥、0.6的水灰比就可以了。我国的预拌混凝土，主要使用强度等级32.5或42.5的普通硅酸盐水泥，水泥用量多大于300kg/m3，矿物掺合料用量不超过胶凝材料总量的15%。由此使混凝土结构内部的水化温升大，早期强度发展快，28天强度高。这样的混凝土除浪费大量宝贵的自然资源外，还对混凝土结构的防止开裂带来很大困难。Mehta和Burrows认为美国自1974年以来桥面板的耐久性问题日益突出的直接原因是使用具有较高早期强度的水泥和混凝土。Neville指出标准中对水泥的细度、C3S含量和早期强度没有限制导致了混凝土损坏程度增加。○V/S=6.35mm*V/S=9.53mm□V/S=19.05mm×V/S=38.1mm∆V/S=63.5mm――预测值

干燥时间(天)不同体积表面积比的水泥的收缩发展曲线收缩应变(%)在许多国家的现行标准中，对于水泥的强度是有限制的美国规定通用水泥的3天和7天强度分别不得大于20MPa和30MPa中热水泥的3天和7天强度分别不得大于15MPa和20MPa。欧洲现行标准ENV197-1中，规定32.5号和42.5号水泥的28天强度最高分别不得超过52.5MPa和62.5MPa。这有利于控制混凝土的早期水化放热和强度发展，降低其开裂趋势；而且还可以减少资源消耗，减轻环境负担。Bentz发现随着水灰比的降低，由于水泥已不能全部水化，颗粒粒度分布对水泥水化程度的影响下降了。使用高细度的水泥配制混凝土时，需水量增加，坍落度损失增加，工作性不好；水化放热加剧，容易开裂，使水泥的使用性能变差。在配制高性能混凝土时，使用较粗的水泥可获得较好的性能。高效减水剂的影响有人发现，掺加高效减水剂的混凝土早期收缩增大，原因尚不清楚。高强混凝土在早期即具有高强度和弹性模量，导致混凝土的脆性增加和徐变能力明显下降，由此引发早期裂缝的产生。混凝土开裂趋势的评价目前还没有一种直接定量评价混凝土开裂趋势的方法，只有一些定性评价方法，用于比较不同组成的混凝土的开裂趋势。圆环法装置简单，能对混凝土试件提供完全的约束，使之均匀收缩，比较符合实际情况，得到了较为广泛的承认。环的应力分布平板法试件为平板状，试件的变形受到底部或/和两端的钢模板或钢架的约束。平板试验模具试件制作和参数记录试件浇注、振实、抹平后立即用塑料薄膜覆盖，环境温度30℃，相对湿度60％；2h后将塑料薄膜取下，用电风扇吹混凝土表面，风速8m/s；记录试件开裂时间、裂缝数量、裂缝长度和宽度。从浇注起，记录至24小时。根据24小时开裂情况，计算下列三个参数1）平均开裂面积2)单位面积开裂裂缝数目3)单位面积的总开裂面积试件早期抗裂性的评价

试件早期抗裂性等级的评价准则如下：仅有非常细的裂纹；平均开裂面积＜10mm2；单位面积开裂裂缝数目＜10根/m2；单位面积总开裂面积＜100mm2/m2

抗裂性划分为五个等级Ⅰ级：全部满足上述四个条件Ⅱ级：满足上述四个条件中的3个Ⅲ级：满足上述四个条件中的2个Ⅳ级：满足上述四个条件中的1个Ⅴ级：一个也不满足开裂试验架由Springenschmidt

开发，用于评价水泥基材料的相对开裂趋势温度试验机CCR31(12):1867-1872控制混凝土结构产生裂缝的措施材料方面结构方面施工方面调整混凝土配合比降低硅酸盐水泥的用量，增加矿物掺合料

降低混凝土的水化放热量和速率 降低混凝土强度发展速率和弹性模量 增加混凝土的韧性 提高混凝土的抗裂能力。矿物掺合料的作用在高性能混凝土中的作用已经改变水胶比不同导致胶凝材料的水化硬化机理和硬化浆体结构变化。用于深圳地铁工程的高性能混凝土设计强度等级C30，胶凝材料总量440kg/m3，硅酸盐水泥用量160～180kg/m3，掺加复合矿物掺合料，水胶比0.4左右。绝热温升降低9℃，其28天立方体抗压强度达50MPa，抗渗等级大于P12，抗硫酸盐侵蚀性、抗氯离子渗透性、抗钢筋锈蚀性均比深圳本地常用的C30普通混凝土有较大幅度提高，完全能够在有多种中等程度腐蚀性介质的地下环境中长期使用，满足设计寿命要求。 对于有耐久性要求的混凝土结构，胶凝材料总量不超过440kg/m3，粉煤灰掺量占胶凝材料总量的25~35%（若用磨细矿渣，则为50~75%）。香港现行的混凝土规范规定新加坡的高掺量矿渣水泥的性能绝热温升曲线强度发展曲线新加坡的高掺量矿渣水泥的性能氯离子渗透性抗硫酸盐侵蚀性掺加辅助材料，提高混凝土的抗裂性能掺加膨胀剂，配制补偿收缩混凝土掺加低弹性模量的有机合成纤维，配制纤维混凝土 膨胀剂的正确使用是一件技术含量很高的事情。 膨胀剂的补偿收缩的效能能否正常发挥受工程环境条件的控制。这包括混凝土的体积、强度等级与强度发展速率，结构形式，配筋率，施工时的温湿度和养护条件等。养护温度对膨胀剂膨胀效能的影响水灰比对限制膨胀率的影响早期养护湿度对限制膨胀率的影响在混凝土中掺入体积含量小于0.1%的有机合成纤维，主要是聚丙烯纤维，基本不会提高强度，但能显著改善混凝土的抗裂性能，尤其以防止塑性开裂为最。构造与施工措施在结构中正确设置各种变形缝增加构造配筋率，减小钢筋间距和直径单纯依靠现行混凝土结构施工与验收规范的要求进行施工，远不能保证完全避免混凝土结构在施工阶段开裂。最为重要的是混凝土的温度控制和养护需要对构件中的混凝土水化放热所导致的温度升高与降低过程和内外温差，以及由此而产生的温度应力进行估算。香港现行的施工规范规定对于最小尺寸大于1.5m的混凝土结构混