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详解混凝土开裂原因及解决方法
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详解混凝土开裂原因及解决方法
     混凝土裂缝的原因:混凝土的收缩、混凝土材料及配合比、施工及现场养护原因、使用原因(外界因素)当混凝土收缩时,由于各种原因各个部位收缩不均匀,这样就产生应力,当切应力大于此时混凝土抗折强度或正应力大于混凝土抗压强度时,混凝土发生龟裂。
混凝土的收缩收缩分为:
1、塑性收缩:混凝土浇筑后尚未硬化时,水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如箱梁腹板与顶底板交接处,因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。为减小混凝土塑性收缩,施工时应控制水灰比,避免过长时间的搅拌,下料不宜太快,振捣要密实,竖向变截面处宜分层浇筑。  
2、化学收缩:(自生收缩)自生收缩是混凝土在硬化过程中,水泥与水发生水化反应,这种收缩与外界湿度无关,且可以是正收缩,如普通硅酸盐水泥混凝土,也可以是负收缩(即膨胀),如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土。 
3、物理收缩:(干缩)混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小。混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件,钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,混凝土表面容易出现龟裂裂纹。 
4、碳化收缩:大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生,且随二氧化碳的浓度的增加而加快
影响因素有:
1、集料含量:混凝土产生收缩主要组成是水泥石,增加集料的相对含量即可减少收缩
2、集料的质量:在配合比一定时,采用弹性模值较高的集料,可以减少收缩
3、单位用水量,在混凝土中,水泥与水经水化反应而产生凝胶,凝胶吸湿则膨胀、干燥则收缩。因此单位用水量对混凝土收缩有较大影响
4、相对湿度 周围介质对相对湿度是影响混凝土收缩的重要因素,相对湿度越小,收缩越大
5、养护方法 延长潮湿养护期,可以推迟混凝土收缩的开始但影响甚微。但是压力蒸养收缩减小显著
6、外加剂 不同个剂对混凝土收缩影响不同,其中氧化钙对混凝土收缩影响最大
在实际工程中,混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中,塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因,另外还有自生收缩和炭化收缩。
  塑性收缩。发生在施工过程中、混凝土浇筑后4-5小时左右,此时水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发,混凝土失水收缩,同时骨料因自重下沉,因此时混凝土尚未硬化,称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大,可达1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如T梁、箱梁腹板与顶底板交接处,因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。为减小混凝土塑性收缩,施工时应控制水灰比,避免过长时间的搅拌,下料不宜太快,振捣要密实,竖向变截面处宜分层浇筑。   
  缩水收缩(干缩)。混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,称为缩水收缩(干缩)。因混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配筋率较大的构件(超过3%),钢筋对混凝土收缩的约束比较明显,混凝土表面容易出现龟裂裂纹。    
  自生收缩。自生收缩是混凝土在硬化过程中,水泥与水发生水化反应,这种收缩与外界湿度无关,且可以是正的(即收缩,如普通硅酸盐水泥混凝土),也可以是负的(即膨胀,如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土)。   
  炭化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生,且随二氧化碳的浓度的增加而加快。炭化收缩一般不做计算。   
  混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝,裂缝宽度较细,且纵横交错,成龟裂状,形状没有任何规律。    
  研究表明,影响混凝土收缩裂缝的主要因素有:    
1、水泥品种、标号及用量。矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高,普通水泥、火          
山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度
越大,则混凝土收缩越大,且发生收缩时间越长。例如,为了提高混凝土的强度,施工时
经常采用强行增加水泥用量的做法,结果收缩应力明显加大。    
2、骨料品种。骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低;而砂
岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小,含水量大收缩越大。    
3、水灰比。用水量越大,水灰比越高,混凝土收缩越大。    
4、外掺剂。外掺剂保水性越好,则混凝土收缩越小。    
5、养护方法。良好的养护可加速混凝土的水化反应,获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度
越高、气温越低、养护时间越长,则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土
收缩要小
6、外界环境。大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大,则混凝土水分蒸发快,混凝土收缩
越快。    
7、振捣方式及时间。机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性
能决定,一般以5~15s/次为宜。时间太短,振捣不密实,形成混凝土强度不足或不均匀;时
间太长,造成分层,粗骨料沉入底层,细骨料留在上层,强度不均匀,上层易发生收缩裂缝。    
  对于温度和收缩引起的裂缝,增配构造钢筋可明显提高混凝土的抗裂性,尤其是薄壁结构(壁厚20~60cm)。构造上配筋宜优先采用小直径钢筋(φ8~φ14)、小间距布置(@10~@15cm),全截面构造配筋率不宜低于0.3%,一般可采用0.3%~0.5%。
当砼水灰比降低时,干燥收缩减小,自身收缩增大。当水灰比大于0.5时,其自干燥作用和自身收缩与干缩相比小得可以忽略不计;但当水灰比小于0.35时,体内相对湿度会很快降低到80%一下,自身收缩与干缩则接近1:1。
达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题,以最大限度减少开裂影响,成为大体积混凝土。在大体积混凝土中即使水灰比并不低,自身收缩值也不打,但与温度收缩叠加到一起,就使应力增大,所以在水工大坝施工时就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。
采取预冷拌合物和埋设冷却水管等措施来控制内外温差,降低最大温升,可以有效减小收缩龟裂。温度变化本身并不能造成开裂,开裂是由于应力超过材料的强度所引起,所以把弹性模量、热膨胀系数以及松弛能力,包括他们在初期的变化都必须考虑在内。
应对收缩龟裂的方法:
1、降低新拌混凝土的温度,从25降到12;△Tc=15-18k;
2、采用优质品牌水泥△Tc可达20k;
3、石子最大粒径用32mm,△Tc=5-10k;
4、骨料线胀系数低,△Tc可达10k;
5、掺引气剂(含量3-6%),△Tc=3-5k,
6、用碎石比用卵石△Tc3-5k;
7、水泥用量从340改为280,(以粉煤灰等量取代),△Tc=3-5k。
水泥用量150,粉煤灰用量200,掺用高效减水剂,水胶比保持在0.3左右,配制的混凝土工作度良好,28d强度达到约30-40mpa(掺有引气剂以保证抗冻融循环能力)或50mpa(未掺引气剂),一年强度接近50-60 mpa(掺有引气剂以保证抗冻融循环能力)或100mpa(未掺引气剂)
1.  水胶比决定使用效果。一定范围内,是混凝土的水胶比,而不是粉煤灰的掺量决定使用效果。粉煤灰混凝土适宜的水胶比在0.40以下。
2.  达到同样的可泵性,粉煤灰混凝土的坍落度较小。粉煤灰混凝土的坍落度仅70mm就可进行良好泵送。
3.  浇筑后及时覆盖,一般不要喷雾,尤其不要洒水或浸水养护,可喷洒养护剂。
4.  小试件很难反映实际结构混凝土性能。(实验室中的标准块是很难反映大体积混凝土的实际性能
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