大体积混凝土裂缝论文.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流大体积混凝土裂缝论文.精品文档.目录摘要1关键词1一、前言2二、混凝土裂缝的分类4三、混凝土裂缝的形成原因6四、混凝土裂缝的预防11五、混凝土裂缝的处理措施14六、结语16参考文献17浅谈混凝土裂缝原因与防治措施【摘 要】随着我国经济的发展，混凝土是目前用量最大的一种建筑材料,广泛应用于工业与民用建筑、农林与城市建设、水利与海港工程。然而,许多混凝土结构在建设与使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝。这不仅影响建筑物的外观,更危及建筑物的正常使用和结构的耐久性。因此,裂缝问题倍受人们关注。近年来,随着预拌混凝土的大力推广应用以及结构形式日趋大型化、复杂化,使得这一问题变得更为突出。然而,混凝土结构的裂缝是一个相当普遍的现象,大量工程实践以及近代科学关于混凝土强度的细观研究都表明结构物的裂缝是不可避免的,它是材料的一种特性。因此,科学地对待裂缝问题是在对裂缝进行分类、研究的基础上,采取有效的措施,将裂缝的有害程度控制在允许的范围内。本文将就混凝土结构中常见裂缝的成因、控制措施以及修补方法作一些浅要分析。【关键词】混凝土 温度裂缝 形成原因 防治和处理 一、 前言 混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝，正是由于这些初始缺陷的存在才使混凝土呈现出一些非均质的特性。微裂缝通常是一种无害裂缝，对混凝土的承重、防渗及其他一些使用功能不产生危害。但是在混凝土受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝，也就是混凝土工程中常说的裂缝。 混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的，由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，影响建筑物的外观、使用寿命，严重者将会威胁到人们的生命和财产安全。很多工程的失事都是由于裂缝的不稳定发展所致。近代科学研究和大量的混凝土工程实践证明，在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的，在一定的范围内也是可以接受的，只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之内。钢筋混凝土规范也明确规定：有些结构在所处的不同条件下，允许存在一定宽度的裂缝。但在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使结构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，从而确保工程质量。二、混凝土裂缝的分类 （一）按裂缝的成因划分 根据混凝土裂缝产生的原因,可分为结构性裂缝与非结构性裂缝两大类。 (1) 结构性裂缝由各种外荷载引起的裂缝,也称荷载裂缝。它包括由外荷载的直接应力引起的裂缝和在外荷载作用下结构次应力引起的裂缝。 (2) 非结构性裂缝由各种变形变化引起的裂缝。它包括温差,干缩湿胀和不均匀沉降等因素引起的裂缝。这类裂缝是在结构的变形受到限制时引起的内应力造成的。从国内外的研究资料以及大量的工程实践看,非结构性裂缝在工程中占了绝大多数,约为80 % ,其中以收缩裂缝为主导。 （二）按裂缝产生的时间划分 (1) 施工期间出现的裂缝包括塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝、干燥收缩裂缝、自身收缩裂缝、温度裂缝、施工操作不当出现的裂缝、早期冻胀作用引起的裂缝以及一些不规则裂缝。 (2) 使用期间出现的裂缝包括钢筋锈蚀膨胀产生的裂缝、盐碱类介质及酸性侵蚀气液引起的裂缝、冻融循环造成的裂缝、碱骨料反应引起的裂缝以及循环动荷载作用下损伤累积引起的裂缝等。 （三）按裂缝的形状划分裂缝按形状划分（1） 纵向裂缝,平行于构件底面,顺筋分布,主要由钢筋锈蚀作用引起;（2） 横向裂缝,垂直于构件底面,主要由荷载作用、温差作用引起; （3） 剪切裂缝,由于竖向荷载或震动位移引起; （4） 斜向裂缝、八字形或倒八字形裂缝,常见于墙体混凝土梁,主要因地基的不均匀沉降以及温差作用引起; （5） X 形裂缝,常见于框架梁、柱的端头以及墙面上,由于瞬间的撞击作用或者地震荷载作用引起; （6） 各种不规则裂缝,如反复冻融或火灾等引起的裂缝。此外,还有因混凝土拌和或运输时间过长引起的网状裂缝,现浇楼板四角出现的放射状裂缝或板面出现的十字形裂缝等等。 (四) 按裂缝的发展状态划分 根据裂缝所处的运动状态及其发展趋势,可分为以下两类: (1) 稳定裂缝：这种裂缝不影响持久应用,包括两类。 一类是在运动过程中可以自愈合的裂缝,常见于一些新建的防水工程中,这是由于裂缝处水泥颗粒在渗漏过程中与水进一步化合,析出Ca (OH) 2 晶体且部分Ca (OH) 2 又与溶解在水中的CO2 发生碳化反应形成CaCO3 结晶,两者形成的凝胶物质将胶合裂缝封闭,从而渗漏停止,裂缝达到自愈。另一类是处于稳定运动中的裂缝,如在周期性荷载作用下产生的周期性扩展和闭合的裂缝。 (2) 不稳定裂缝：这种裂缝将产生不稳定性的扩展,影响结构物的持久使用,应视其扩展部位,采取相应的措施。 三、混凝土裂缝的形成原因（一） 概述     当混凝土结构产生变形时，在结构的内部、结构与结之间，都会受到约束。当混凝土结构截面较厚时，其内部温度分布不均匀，引起内部不同部位的变形相互约束，称之为内约束，当一个结构物的变形受到其他结构的阻碍时称之为外约束。建筑工程中的混凝土结构所承受的变形，主要是由温差和收缩产生，其约束既有外约束又有内约束。    钢筋混凝土结构中，由于结构截面大，体积，水泥用量，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩膨胀作用，由此引起的温度应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。这种裂缝的起因是温度变化引起的变形，当变形得不到满足时才会引起应力，而且应力与结构的刚度大小有关，只有当应力超过一定数值才引起裂缝。 （二）水泥水化热引起的温度应力和温度变形水泥在水化过程中产生大量的热量，每克水泥放出的热量约达502J/g，因而使混凝土内部的温度升高，一般在30左右，有时甚至会更高，它在13天放出的热量是总热量的一半，混凝土内部的最高温度多数发生在浇筑后的35天内，当砼内部与表面温差过大时就会产生温度应力和温度变形，温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力也越大，当这种温度应力超过混凝土内外约束力时就会产生裂缝，而混凝土内部的温度与厚度及水泥用量有关，混凝土越厚水泥用量越大，内部温度也越高。由于混凝土的导热性能较差,所以造成混凝土内部和表面的温差较大,当温差过大时,就会产生温度应力和温度变形。在浇注初期,混凝土的弹性模量和强度都很低,对水化热急剧上升引起的变形约束不大,温度应力就转小。随着混凝土龄期的增长,弹性模量和强度相应的提高对混凝土降温收缩变形的约束越来越强,即产生很大的温度应力,当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时,便开始出现温度裂缝。（三）内外约束条件的影响内外约束条件的影响各种结构在变形变化中,必然受到一定的约束或抑制而阻碍变形,这就产生了约束力。混凝土在早期温度上升时,产生的膨胀变形受到外约束而形成压应力。当温度下降时,产生的收缩变形受外约束则产生拉应力。压应力较小,拉应力却较大,若拉应力超过混凝土的抗拉强度,必然产生裂缝。混凝土与地基浇筑在一起，当温度变化时受到下部地基的限制，因而产生外部的约束应力，混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀变形约束而形成压应力，此时混凝土的弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使混凝土与基层连接不牢固，压应力较小，但是，当温度下降时则产生较大的拉应力，若拉应力超过混凝土的抗拉强度混凝土将会出现垂直裂缝。混凝土内部由于水泥水化热而形成中心温度高，热膨胀大，因此在中心产生压应力，在表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度和钢筋的约束作用时，同样产生裂缝。（四）外界气温变化的影响外界气温变化的影响混凝土在施工期间，外界气温变化的影响也很大。混凝土的内部温度是浇筑温度、水化热的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加之和，外界气温愈高，混凝土的结构温度也愈高，如外界温度下降，会增加混凝土的降温幅度，特别是在外界气温骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度。温度应力是由温差引起的变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大。 因而造成温差和温度应力,使混凝土出现裂缝。在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度可达60ºC，并且有较大的延续时间。在这种情况下研究合理的温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的过大温度应力显得更为重要。（五）混凝土收缩变形引起的裂缝  混凝土的收缩变形混凝土收缩变形引起的温度应力大于混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝，因此混凝土的收缩也是引起裂缝不可忽视的因素。  （1）  收缩裂缝是由湿度变化引起的,它占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。我们知道,混凝土是以水泥为主要胶结材料,以天然砂、石为骨料加水拌合,经过浇筑成型、凝结硬化形成的人工石材。在施工中,为保证其和易性,往往加入比水泥水化作用所需的水分多45 倍的水。多出的这些水分以游离态形式存在,并在硬化过程中逐步蒸发,从而在混凝土内部形成大量毛细孔、空隙甚至孔洞,造成混凝土体积收缩。此外,混凝土硬化过程中水化作用和碳化作用也会引起混凝土体积收缩。根据有关试验测定,混凝土最终收缩量约为0104 %0106 %。可见,收缩是混凝土固有的物理特性,一般来说,水灰比越大、水泥强度越高、骨料越少、环境温度越高、表面失水越大,则其收缩值越大,也越易产生收缩裂缝。根据收缩裂缝的形成机理与形成时间,工程中常见的收缩裂缝主要有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝和干燥收缩裂缝三类,此外,还有自身收缩(化学减缩) 裂缝和碳化收缩裂缝。 1）塑性收缩裂缝     塑性收缩裂缝发生在混凝土塑性阶段,终凝之前。其形成原因是混凝土浆体中水分流向表面并迅速蒸发,随着失水的增加,毛细负压产生的收缩力使混凝土表面产生急剧的体积收缩。而此时混凝土尚未形成强度,从而致使混凝土表面开裂。这种裂缝多出现在干热与刮风天气中,裂缝较浅,中间宽、两端细,长短不一,且互不连贯。 2）沉降收缩裂缝     沉降收缩裂缝约在混凝土浇筑后半小时发生,并在硬化时停止。其形成原因是浆体在浇捣后发生不均匀沉落,粗骨料下沉,水泥净浆上浮,当沉降受抑制(如钢筋或预埋件的阻挡) 时使混凝土因剪切而开裂。此外在表面形成的浮浆层也会因泌水而开裂。这种裂缝多出现在混凝土表面,且沿主筋或箍筋通长方向分布,中间宽两端窄,是一种常见的早期裂缝,尤其在泵送施工中更常见。 3）干燥收缩裂缝     干燥收缩裂缝在混凝土养护完以后才出现。其形成原因主要是由于混凝土硬化后,水分蒸发引起混凝土表面干缩,当干缩变形受到混凝土内部约束时,产生较大的拉应力使混凝土表面被拉裂。干缩裂缝一般产生在表面很浅的位置,多沿构件短方向分布,呈平行线状或网状,严重时可贯穿整个构件截面。 4）自身收缩裂缝     自身收缩裂缝与外界湿度变化无关,而是由于水泥熟料在水化反应的过程中,反应后生成物的平均密度变小而引起体系的体积收缩(称为化学减缩) 所致。主要是由于自由水转化为水化产物的一部分,使它的比容降低1/ 4 (即0125cm3Pg) 。因此,化学减缩量的大小取决于水泥水化产物中化学结合水量的多少。31115 碳化收缩裂缝碳化收缩裂缝是碳化作用所产生的游离态水蒸发,引起浆体的收缩所致。碳化作用是指大气中的CO2 在有水的条件下与水化产物作用生成CaCO3 、铝胶、硅胶以及游离态水,这部分水蒸发引起混凝土体积收缩(称为碳化收缩) ,其实质是碳酸对水泥石的腐蚀作用。一般水泥水化产物的碱度与空气中CO2 浓度越高且湿度适中(50 %左右) 时,越易发生碳化作用。因此,这种裂缝易出现在干湿交替的环境下,而干燥或水饱和环境下不易出现;且由于裂缝处析出的碳化产物将形成凝胶,阻止CO2 进入,故一般仅发生在表面。     (2)混凝土的体积变形混凝土终凝后会发生体积变化,即可能收缩也可能膨胀,如存在约束则产生应力引起裂缝。    (3)干燥收缩混凝土的拌和水中,只有约20%的水份是水泥所必须的,其余的80%都要蒸发。而最初失去的80%自由水份几乎不引起收缩,随着混凝土的继续干燥而使20%的吸附水逸出,就会出现干燥收缩。而表面收缩快,中心干燥收缩慢。由于表面的干缩受到中心部位混凝土的约束,因而在表面产生拉应力而出现裂缝。    (4)混凝土匀质性的影响混凝土拌和或浇注时,由于坍落度不同,或采用的外加剂不同,石子粒径与品种不同,以及震捣的密实度不同,都会影响混凝土的匀质性,造成混凝土的弹性模量不均匀,因而收缩变形过程中导致应力集中,引起裂缝。    (5)设计造型的影响造型复杂的工程,列如结构上留有预留洞、槽的混凝土工程,会造成应力集中,在薄弱部位形成裂缝。四、混凝土裂缝的预防（一）防止混凝土裂缝的措施根据混凝土结构施工经验,为防止产生温度裂缝,应着重在控制混凝土温升、延缓混凝土降温速率、减少混凝土收缩、提高混凝土极限拉伸值、改善约束和完善结构设计等方面采取措施。另外,在混凝土结构施工过程中,要随时进行温度监测,及时了解混凝土结构内部温度变化情况,必要时可临时采取事先考虑好的有效措施,以防止混凝土结构产生温度裂缝。具体措施有:    (1)合理选择混凝土的配合比,尽量选用水化热低和安全性好的水泥,并在满足设计强度要求的前提下,尽可能减少水泥用量,以减少水泥的水化热。    (2)控制石子、沙子的含泥量。    (3)根据施工季节的不同,采用不同的施工方法,以减少混凝土内外温差,同时要加强养护。    (4)采取分层分段法浇注混凝土。分层震捣密实以使混凝土的水化热尽快消失。采用二次震捣的方法,增加混凝土的密实度,提高抗裂能力。  (5)做好测量工作,控制混凝土的内部温度与表面温度以及表面温度与环境温度间的温差。  (6)在混凝土中掺入少量磨细的粉煤灰和减水剂,以减少水泥用量。也可掺加缓凝剂,推迟水化热的峰值期。    (7)掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥,使混凝土得到补偿收缩,减少混凝土的温度应力。    (8)混凝土中掺加一定数量的毛石。    (9)改善约束条件,根据工程特点采取措施降低外约束力。（二）控制温度的措施   （1）采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；   （2）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；   （3）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；   （4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；   （5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发急剧的温度梯度；   （6）施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保护措施；   （7）使用低热或中热水泥。水泥的主要发热成分是铝酸三钙 (C3A)和硅酸三钙 (C3S)，制造时适当降低这两种成分的含量即可降低其水化热。 （三） 改善约束条件的措施 （1）合理地分缝分块；   （2）避免基础过大起伏；   （3）合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露；     此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。     根据上述分析，混凝土在三个阶段产生的温度应力均与内外部的温差有关，因此，有效的控制混凝土内外温差，就成为了有效控制温度应力的关键。 对此，混凝土结构工程施工及验收规范曾作了如下要求“混凝上表面和内部温差应控制在设计要求的范围内，当设计无具体要求时，温差不宜超过25ºC” ，并对浇筑温度也作了“不宜超过28ºC”的规定。对于混凝土的温差控制一般从三方面着手：第一是控制混凝土的绝对发热量；第二是采取有效措施降低混凝土内外温差；第三是改善周围的约束条件，改进配筋状况，减小裂缝宽度。所以，要真正实现混凝土的质量控制，则应从原材料、设计、施工等各个环节抓起。五、混凝土裂缝的处理措施一般来说,由于温度收缩应力引起的初始裂缝,不影响结构的瞬时承载能力,而对耐久性和防水性产生影响。对不影响结构承载能力的裂缝,为防止钢筋锈蚀、混凝土炭化、疏忽剥落等,应对裂缝加以封闭或补强处理。 对于基础、地下或半地下结构,裂缝主要影响其防水性能。当裂缝宽度只有0. 10. 2mm时,虽然早期有轻微渗水,经过一段时间后一般裂缝可以自愈。裂缝宽度如果超过0. 20. 3mm,其渗水量与裂缝宽度的三次方成正比,渗水量随裂缝宽度的增大而增加较快,为此,对于这种裂缝必须进行化学灌浆处理。    混凝土结构一旦开裂应立即在鉴定的基础上采取相应的措施。目前,常用的修补方法有表面封闭法、压力灌浆法及填堵法。 1、表面封闭法     针对宽度小于0.12mm 的微裂缝,可将聚合物水泥膏、弹性密封胶或渗透性防水剂涂刷于裂缝表面,以恢复其防水性和耐久性。该法施工简单,但仅适用于浅裂缝。 (1) 工艺流程:表面刷毛并冲洗嵌补表面缺损(可用环氧胶泥或乳胶水泥) 选材涂复。 (2) 施工要点; 由于涂层较薄,应选用粘结力强且不宜老化的材料; 对活动裂缝,应采用延伸率较大的弹性材料; 涂复均匀,不得有气泡。2 、压力灌浆法     针对宽度大于0.13mm且深度较大的裂缝,可将化学灌浆材料(如聚氨酯、环氧树脂或水泥浆液) 通过压力灌浆设备注入到裂缝深处,以恢复结构整体性、防水性及耐久性。 (1) 工艺流程:凿槽埋设浆嘴封缝密封检查配制浆液灌浆封孔灌浆质量检查。 (2) 施工要点: 灌浆材料宜选用粘结力强、可灌性好的树脂类材料,通常选用环氧树脂; 对于宽度大于2mm的特大裂缝可采用水泥类材料,对于活动性裂缝宜采用经稀释的环氧树脂或聚氨酯; 化学灌浆压力控制在012014MPa ,水泥浆灌浆压力控制在0.140.18MPa ,增大压力并不提高灌浆速度,也不利于灌浆效果; 灌浆后,待浆液初凝而不外渗时,方可拆下灌浆嘴(盒、管) 。413 填堵法针对宽度大于0.15mm的宽大裂缝或钢筋锈蚀裂缝,可沿裂缝将混凝土凿成“U”型或“V”型槽,然后嵌填修补材料,以恢复防水性、耐久性或部分恢复结构整体性。 (1) 工艺流程:凿槽基层处理(混凝土去污、钢筋除锈) 涂刷结合剂(环氧树脂浆液) 嵌填修补材料面层处理。 (2) 施工要点: 嵌填材料可视具体情况选用环氧树脂、环氧砂浆、聚合物水泥砂浆、聚氯乙烯胶泥或沥青油膏;对于锈蚀裂缝,先对钢筋彻底除锈,再涂防锈涂料。 六、结语目前关于混凝土裂缝的理论层出不穷,对混凝土裂缝的研究也已从宏观逐渐向微观深入。事实上,宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。 混凝土裂缝是混凝土施工中的主要通病,它的成因虽然因素较多,机理也较复杂,但我们只要针对具体情况采取切实可行的技术措施,做到事前把关,防患于未然, 这一隐患是完全可以得到预防的。 混凝土裂缝问题是项技术难题,长期困扰工程界。近年来,随着高早强型水泥的大量使用、商品混凝土泵送施工的大力推广、混凝土强度等级的提高、大体积混凝土的涌现,在取得成效的同时也使裂缝问题更为突出,甚至成为混凝土质量问题的焦点。而目前混凝土裂缝主要是收缩变形和温度变形所致,控制这些裂缝除了广大工程建设人员在设计与施工方面采取相应措施外,也需要科研人员尽快地研制出能减少水泥收缩和水化热的高效材料,从而将裂缝问题降低到最小限度。总之，混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格，模板变形，基础不均匀沉降等。为了保证建筑物和构件的安全，我们一方面要从控制温度、改变约束、降低温度着手，另一方面应可能设法提高混凝土的抗裂性能。只有在施工中采取以上行之有效的措施，才能控制裂缝的出现或延伸，进而保证建筑物安全、稳定的工作。参考文献1 王铁梦. 工程结构裂缝控制M . 北京:中国建筑工业出版社,1997. 2 李瑞华,梁斌万1 混凝土施工中非结构性裂缝产生原因及防治J 1 施工技术,2002 , (4) 1 .3 鞠丽艳1 混凝土裂缝抑制措施的研究进展J 1 混凝土,2002 ,(5) . 4 王宗昌,屈芳民,蔡荣生. 混凝土结构裂缝的分类特征及密封处理J . 混凝土,2002 , (5) . 5 徐铮澄. 商品混凝土裂缝的成因与防治J 1 混凝土,2002 ,(5) . 6 刘文,黄承逵. 混凝土现浇楼盖裂缝的成因和控制J 1 混凝土,2002 , (5) 1 7 万墨林,韩继云1 混凝土结构加固技术M1 北京:中国建筑工业出版社,1995浅谈混凝土裂缝原因与防治措施学 校：吉林大学专 业：土木工程年 级：08级姓 名：王东旭 完成日期：2010年3月1日