混凝土裂缝的控制方法研究.doc

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1、西安交通大学网络教育学院毕业设计（论文）开题报告课 题 名 称： 混凝土裂缝的控制方法研究 学 生 姓 名： 蒋 悦 院 校 学 号： 314092843410012 联 系 电 话： 15178082015 指 导 教 师： 侯丕吉 2016 年07月01日一、论文的研究目的与研究意义1.研究背景随着建筑业的发展，我国的工业设施、基础设施以及民用建筑大量采用混凝土和钢筋混凝土结构。墙体及混凝土结构中出现的裂缝，历来被视为混凝土工程中的一大顽症。裂缝的出现，首先给人一种不安全感，使建筑物的美观大打折扣，即使是不影响结构安全的细微裂缝，人们也不愿意看到它。当裂缝的宽度超过规定值，其深度和长度足够

2、大时，将使钢筋保护层遭受破坏，导致钢筋锈蚀，钢筋锈蚀后的体积膨胀又进一步使混凝土裂缝扩大，如此恶性循环的结构使混凝土结构逐渐破坏，丧失承载力。同时，裂缝的出现降低了混凝土的密实性，以水为载体的侵蚀性介质，如硫酸盐、氯盐等将乘虚而入，承受水压的结构会通过裂缝漏水，混凝土的抗冻性也因裂缝的存在而进一步降低。混凝土结构如果有较多的裂缝，其使用性能也大受影响，如水池漏水、装饰开裂等。总之，裂缝的产生大大降低了混凝土的耐久性。2研究目的目前，建筑工程中墙体及现浇钢筋混凝土板裂缝是常见的质量缺陷，虽然许多裂缝并不影响房屋的结构安全，但裂缝的存在足以使用户担心，因而成为房屋质量投诉的热点，也使施工单位和建设

3、单位深受困扰，分析其原因较多，笔者认为可以从施工和设计二个方面进行。3研究意义建筑业是国民经济中一个独立的、重要的物质生产部门，是国民经济的主要支柱之一。而墙体和混凝土裂缝产生的原因非常复杂、种类繁多，如果不对裂缝进行系统全面的分析和研究，就很难揭示出工程结构病害产生的内涵和机理。因此对墙体和混凝土裂缝的分析和研究不仅阐明了裂缝形成机理、裂缝危害性评定的问题，还直接为今后工程结构病害的综合治理提供技术前提和决策依据。二、文献综述（国内外研究现状与分析）混凝土结构是在19世纪中期开始得到应用的，直到19世纪末以后，这一技术才得到了较快的发展，在19世纪末20世纪初，我国也开始有了钢筋混凝土建筑物

4、，随着工程建设的发展及国家进一步的改革开放，混凝土结构在我国各项工程建设中得到迅速的发展和广泛的应用。但是钢筋混凝土结构中普遍存在着裂缝的问题，然而这个问题会给人们心里带来不安和担忧，混凝土在未来还会有不可替代的作用，随着混凝土的普及和发展，混凝土成为今后发展方向，因此解决和控制混凝土裂缝问题日趋重要。国际上许多国家都有专门的研究机构从事墙体和钢筋混凝土板裂缝的研究工作并且编制了相应的规范，如美国混凝土协会ACI224委员会，英国水泥与混凝土协会C&CA及其规范BS8110，BS8001，德国钢筋混凝土协会及规范DIN104-1972，法国规范CCBA，欧洲混凝土协会CEB，欧洲钢筋混凝土协会

5、国际预应力混凝土协会（CEB-FIP）等。我国清华大学、东南大学、大连理工大学、中国建筑科学研究院等都做了大量研究工作，并编制出钢筋混凝土规范有关裂缝方面的设计规定，在工程设计中发挥着重要的作用。普通钢筋混凝土结构在一般情况下是允许带裂缝工作的，这是其他材料（如钢、木等）结构所不遇的特殊问题，但需要严格控制裂缝的开展，以保证结构的可靠性。通常由施工、构件和环境条件等所引起裂缝，应该在设计过程中采取适当的构造措施，在施工中采用合理的工艺和技术加以解决和改善。至于受拉裂缝，一般不允许在使用阶段出现，设计时以限制拉应力值来避免。国内外规范一般是根据构件的工作环境和荷载作用时间的情况对裂缝加以限制。（

6、1）我国混凝土结构设计规范（GBJ10-89）规定，在设计钢筋混凝土构件时，应根据其使用要求确定控制裂缝的三个等级：一级：严格要求不出现裂缝的构件，在短期（全部）荷载作用下，截面不出现拉应力，即sc0二级：一般要求不出现裂缝的构件，在短期（全部）荷载作用下，截面上的拉应力小于混凝土抗拉强度的一部分；在长期（部分）荷载作用下不出现拉应力，即：短期荷载scctft长期荷载ct0式中：ct为拉应力的限制系数，其值为0.3-1.0，取决于构件的工作条件和环境湿度等。为受拉区混凝土塑性影响系数。三级：允许出现裂缝的构件，计算的最大裂缝宽度max不得超过允许值，即：max裂缝宽度的允许值依据构件的工作环境

7、（室内外湿度）、荷载性质（静力、振动）和作用钢筋的种类等确定。显然，要求一级和二级控制裂缝的构件，采用普通钢筋混凝土很难满足，即使做到，也将极不经济。普通的钢筋混凝土一般都属于三级。（2）欧洲模式规范CEB-FIP（1978）对于腐蚀不敏感的钢筋混凝土构件，允许裂缝宽度按暴露条件分为三等：轻度的0.4mm中等程度的0.2mm严重的0.1mm（3）美国ACI224建议的裂缝允许宽度为：干燥空气或有保护膜0.4mm潮湿、湿空气、土0.3mm海水飞溅区（干、湿交替）0.15mm挡水结构0.1mm总之，有关墙体及混凝土结构裂缝机理及裂缝控制的研究在世界范围内至今没有形成统一意见，各国都有自己的理论和控

8、制标准。我国有关裂缝控制方面的规范基本上沿用了前苏联的研究成果，这方面的研究工作做得相对较少。三、论文提纲1绪言2混凝土裂缝的分类及成因2.1混凝土结构裂缝的分类2.1.1按裂缝的成因分类2.1.2按裂缝产生的时间分类2.1.3按裂缝的形状分类2.1.4按裂缝的发展状态分类2.2混凝土裂缝的产生原因2.2.1收缩裂缝的产生原因分析2.2.2温度裂缝的产生原因分析2.2.3沉陷裂缝的产生原因分析3混凝土裂缝的预防措施及处理技术3.1混凝土结构裂缝的预防措施3.1.1干缩及塑性收缩裂缝的预防措施3.1.2温度裂缝的预防措施3.1.3沉陷裂缝及其他裂缝的预防措施3.2混凝土结构裂缝的处理技术3.2.

9、1表面封闭法3.2.2灌浆、嵌缝封堵法3.2.3结构加固法及混凝土置换法4工程实例分析5结论与展望2混凝土裂缝的分类及成因21按裂缝的成因分类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15。22按裂缝

10、产生的时间分类(1)施工期间出现的裂缝2,4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4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。23按裂缝的形状分类裂缝按形状可分为4: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:横向裂缝,垂直于构件底面,主要由荷载作用、温差作用引起;剪切裂缝,由于竖向荷载或震动位移引起;斜向裂缝、八字形或倒八字形裂缝,常见于墙体混凝土梁,主

11、要因地基的不均匀沉降以及温差作用引起;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;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。24按裂缝的发展状态分类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CaC

12、O3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。3混凝土常见裂缝的成因与控制措施31收缩裂缝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

13、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004%006%。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。311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

14、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。312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。313干燥收缩裂缝干燥收缩裂缝在混凝土养护完以后才出

15、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。314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025cm3/g)。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。315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

16、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。对以上收缩裂缝的防治可采取以下措施58:(1)掺加高效减水剂、泵送剂以尽量降低用水量;施工时,下料不宜过快,并振捣密实。(2)对于早期收缩裂缝的防治,除加强早期养护外,宜在混凝土

17、终凝前进行二次抹压,在材料上可掺加促凝剂,且宜采用早期强度高、保水性好的普通硅酸盐水泥;对于干缩裂缝的防治,可以适当延长养护时间,材料上宜选用粉煤灰水泥或中低热水泥等干缩率小的品种。(3)尽可能降低水泥用量,增大粗骨料的含量,且宜选用石灰岩作为粗骨料,因为它对收缩的抗裂性优于安山岩和砂岩;应严格控制骨料的含泥量,砂率不宜过大,骨料应具有良好的级配。(4)降低自身收缩裂缝的有效方法是尽量使用C3A含量低的水泥,因为硅酸盐水泥熟料中C3A的化学减缩量最大,是C2S的3倍,C4AF的5倍。(5)防止碳化收缩裂缝关键是降低生成物的碱度,对新浇混凝土做好湿水养护,而对使用当中的混凝土结构要尽量保持干燥,

18、在CO2等腐蚀性气体含量高的环境下要做好防腐措施。(6)混凝土浇筑抹光后要及时用潮湿的草垫或塑料薄膜覆盖,风季施工时应设挡风设施。32温度裂缝温度裂缝是由于混凝土内外温差或季节气温变化过大而形成的。在混凝土浇筑过程中,水泥水化反应将放出大量的热(一般每克水泥可放出502J热量),使混凝土内部温度升高并在一定龄期出现温峰,之后下降。由于混凝土内部散热慢而表面散热快,必将在内外形成温差,为协调温度变形,混凝土表面将产生拉应力(即温度应力),当超过混凝土抗拉强度后将使之开裂。这种裂缝多为贯穿性的,且较深,严重降低结构的整体刚度;一般在施工结束几个月后出现。此外,在混凝土养护期间,若受到寒流的侵袭,也

19、会在混凝土表面引起裂缝,但较浅,危害性也较小。控制温度裂缝的产生主要是从降低温差入手,可采取以下的防治措施:(1)在材料方面,宜采用粉煤灰水泥或C3A和C3S含量低的低热水泥,尽量减少水泥用量,可掺加缓凝高效减水剂;对大体积混凝土,可适当掺入块石;在拌和水中掺冰屑并对骨料进行喷水冷却。(2)在施工方面,应合理安排施工工序,改进施工工艺,如浇筑大体积混凝土时,在混凝土中布设水管循环导热或分块分层浇筑;改善结构约束条件,如较长结构要设温度缝或后浇带,在基岩上浇筑时,要铺50100 mm砂层以消除其嵌固作用。(3)在设计方面,主要是做好温度应力计算,根据可能产生的温度应力采取相应的构造措施,如适当地

20、配置温度钢筋,分担混凝土温度应力。(4)此外,尚需加强混凝土养护,做好表面保温措施(如蓄水养护或覆盖潮湿的草垫等),适当延长拆模时间,以使混凝土表面缓慢散热;对于大体积混凝土,控制入模温度,并进行测温跟踪,控制混凝土内外温度差在25以内。33沉陷裂缝沉陷裂缝是建筑物建成后各部分发生不均匀沉降而引起的,多为贯穿性的,其位置与沉陷方向一致。建筑物墙体的八字形或倒八字形的裂缝便是一种典型的沉陷裂缝。回填土未经夯实处理,地层中含有软弱下卧层,建筑物在使用过程中地基被水(雨水、生活用水等)长期浸泡等原因都将引起建筑物的不均匀沉降,从而开裂。另外在新建工程的地基施工中,若不做好必要的措施(如设挡土墙、地下

21、连续墙)防止土坡失稳或地下水倒灌,会削弱相邻老建筑物的地基承载力,从而导致建筑物沉陷开裂。在混凝土施工中,因模板刚度不足、支撑间距过大、过早拆模等因素,也会出现沉陷裂缝。沉陷裂缝往往严重影响建筑物的外观,并危及结构的耐久性,防止其产生的控制措施有:(1)在基础设计时确保持力层的承载力与地基的均匀受力,在层高不同的部位以及新老建筑物连接处设置沉降缝。(2)在施工中,模板要有足够的强度和刚度,并支撑可靠;另外,注意施工顺序,如先高层后低层,先主体后裙房。(3)施工前要做好地质勘测工作,尽量选择好的持力层,竣工后要避兔地基受到雨水等浸泡。34其他裂缝除上述裂缝外,在结构的施工过程还会出现各种形式的施

22、工裂缝;在结构使用过程中也会出现不同类型的腐蚀裂缝。(1)施工裂缝施工裂缝是由于施工中操作不当或构件本身的刚度不够等因素引起的。如预应力工程中,张拉不当会使构件因尚末形成强度或强度不足而开裂;模板工程中,若混凝土与模板粘结则拆模或提升模板时易将混凝土拉裂;吊装工程中,会因构件侧向配筋少、刚度差或吊点不正确等因素而出现裂缝。防止这类裂缝的关键是严格按照施工规范进行,如预应力张拉须在构件强度达到75%以上时进行,模板与混凝土间涂刷隔离剂,拆模或滑升时,先均匀松动,再缓慢拆离或提升。(2)腐蚀裂缝腐蚀裂缝是由于结构长期处于腐蚀性气液的环境下引起的,它包括混凝土自身的腐蚀以及钢筋的锈蚀。这类裂缝往往是

23、由于混凝土不密实所导致的,它们通常与干缩裂缝、温度裂缝等共同作用,导致裂缝不断扩展,最终削弱结构的耐久性。控制的措施主要是做好混凝土表面及钢筋的防腐处理,出现裂缝,应及时修补。此外,若混凝土骨料中存在碱活性成分、水泥中MgO含量过高(5%)或UEA等膨胀剂掺量过多,则会因发生碱骨料反应或MgO的水化反应,生成膨胀性的凝胶,造成混凝土膨胀开裂,形成的多为网状或不规则裂缝。此类裂缝往往在结构竣工几年后才出现,因为上述化学反应极为缓慢。防治的关键是消除或降低混凝土中此类物质的存在。4裂缝的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

24、,8。41表面封闭法针对宽度小于02mm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。42压力灌浆法针对宽度大于03mm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

25、。(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0204MPa,水泥浆灌浆压力控制在0408MPa,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)。43填堵法针对宽度大于05mm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

26、。(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。四、主要参考文献1卢云峰.高层建筑地下室钢筋混凝土裂缝的成因和控制J.中国科技博览，2009(32)2邓小芳.浅谈某房屋建筑工程钢筋混凝土裂缝产生原因及防治J.大众科技，2009(10)3陈裕新.浅析钢筋混凝土裂缝的预防和控制J.中国高新技术企业，2012(11)4张进才、王利、陈倩.浅谈钢筋混凝土裂缝的成因及预防J.科学之友，2013(4)5 刘继红.大体积混凝土施工裂缝，J，鞍山科技大学学报，2012.36王海军.文大体积混凝土温度和收缩裂缝控

27、制措施，J，山西建筑2013.157赵国藩、李树瑶.钢筋混凝土结构的裂缝控制M.北京：海洋出版社,2009.67-718林宗凡.钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度允许值的直接控制J.工业筑，2011.6(11)9丁大钧.钢筋混凝土构件抗裂度、裂缝和刚度M.南京：南京工业出版社.2009（7）10薛宝军.浅析混凝土裂缝产生的原因及防治措施J.山西建筑，2012（12）五、论文工作进度安排 2016年5月27日-2016年6月13日 确定论文题目 2016年6月15日-2016年7月11日 完成开题报告 2016年7月15日-2016年8月19日 完成论文初稿 2016年8月25日-2016年9月23日 完成论文终稿 2016年10 月 毕业论文答辩