大体积混凝土裂缝控制方法.ppt

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1、大体积混凝土裂缝控制措施,大体积混凝土的定义,日本建筑学会定义 对结构断面尺寸在80cm以上，同时水化热引起的混凝土内最高温度与表面温度之差预计超过25的混凝土称之为“大体积混凝土”。ACI对大体积混凝土的新定义 任意体量的混凝土，其尺寸足以要求必须采取措施，控制由于体积变形（温度及收缩作用）引起的裂缝者成为“大体积混凝土。,根据上述定义，200600mm长墙，80300 mm的楼板采用泵送商品混凝土现浇整体式都具有大体积混凝土的性质，一不小心就开裂,这是我们从事混凝土工程设计、施工、材料及质量监督工作的一个新的基本概念。,大体积混凝土裂缝增多的原因,现代混凝土技术的重大发展是商品混凝土和泵送

2、混凝土的出现，它以其高匀质性、高效率、自动化、环境保护好、便捷的施工和运输给我们的城市建设代来了快速的发展。但是却使裂缝控制的技术难度大大增加了，其综合原因是：1.混凝土由干硬性、预制化转向泵送高流态商品混凝土整体现浇施工；水泥用量、水用量增加，加之水泥标准的改变使水泥的活性、细度增加导致水化热和收缩变形显著增加（收缩由2310-4增加至6810-4），同时为满足泵送的要求，混凝土配合比中骨料粒径减小、砂率提高、坍落度加大等因素导致混凝土的体积稳定性下降，裂缝产生的原因更加复杂，对设计和施工人员的要求更高；,2.混凝土及水泥向早强、高强度发展、水泥强度不断提高，水化速率加快，水泥用量不断增加，

3、抗压强度显著提高而抗拉强度滞后于抗压强度，拉压比降低，弹性模量E增长迅速。胶凝材料用量增多，体积稳定性成比例的下降（温度收缩变形显著增加）。用高强钢筋代替中低强度钢筋导致钢筋使用应力显著增加，与裂缝宽度成正比。3.现浇混凝土结构，砖混结构刚度增加，抗震烈度提高，结构约束较过去显著提高，约束应力增大。采用高强度钢筋代替中低强度钢筋，导致钢筋使用应力显著增加，与裂缝宽度成正比。特别是在超长、超厚、超静定结构为常用结构形式的情况下，约束应力就更大。,4.结构设计中只重视承载力极限状态（结构不倒塌、不破坏、不失稳、无安全问题）而忽略正常使用极限（结构必须满足正常使用，最大允许变形、允许无害裂缝、防止渗

4、漏、耐久性、美观及精神作用的极限状态）；忽略构造设计及构造配筋的作用。保护层偏厚。5.施工工艺缺乏对温度收缩变形较大的混凝土的养护方法，经常采用传统、一般的方法，养护时间不足与工期要求产生矛盾。6.外加剂及掺和料品种繁多，针对具体工程进行选择存在困难。对于抗压强度试验多，但对于体积稳定性缺乏研究。7.对混凝土的抗拉、温度、收缩、徐变、疲劳、冻融、极限拉伸等长期性能和对大体积混凝土的抗裂性能研究较少。,8.现代建筑对工程质量的要求越来越高，但是对结构裂缝控制缺乏规范和统一的标准。设计软件及有限元程序也不包括变形效应的计算，有些虽有计算，但脱离实际。9.对高强高性能混凝土研究较多，但对水泥标准修订

5、后，量大面广的中低强度高性能混凝土却研究很少。结论：裂缝产生的原因：设计、施工、材料、环境和管理等 相互影响的综合问题，解决裂缝问题应当采取综合方法,形变作用的时间特征,混凝土是一种多相复合材料组成的,由于不同的线膨胀系数和不同的收缩导致内部潜伏着随时间变化的残余应力，在自发和诱发因素作用下引起内部和外部的裂缝。变形作用都具有时间特征，因此被称为“时变结构”结构理论与实践的反差，往往来自水文地质与气象温湿度的随时间变化，它们使建筑物失去了“凝固的艺术”特征，而变为无时无刻都在“呼吸”的动态结构。因此，“活裂缝”与“死裂缝”变为相对的，变形是绝对的。一般情况下，变形随着温度和应力呈稳定性变化是正

6、常的。即变化的程度随时间的延续会愈来愈小。,用系统方法控制混凝土工程裂缝,系统方法是以对系统的基本认识为依据，用以指导人们研究和处理科学技术问题的一种科学方法。当人们运用系统方法的基本原则对各种复杂系统进行规划、研究、设计、制造、试验和实施时，便形成了所谓的系统工程。大体积混凝土的裂缝控制由于其影响因素较多，且相互之间具有关联，因此，也是一个复杂的系统工程。他含盖了材料、施工、设计、环境和管理等诸多因素。同时具有试验室的试验数据与工程实际的差距，许多的试验数据都无法代表实际工程的情况，所以实际的工程经验和系统方法的结合便成为工程中混凝土裂缝控制基础。,大体积混凝土裂缝控制的原则,采取措施使作用

7、力(效应)S与抗力R保持 SR 的关系S-约束应力或约束变形(包括:温度、湿度、地基变形等），用“放”的方法解决，以“放”来降低作用效应。如：在岩石地基上和老混凝土基础上设置滑动层，尽可能避免采用锚杆，永久变形缝，柔性连接，桥梁铰接节点等。均属于“抗放兼施以放为主”的措施,R-混凝土的强度（包括：抗压、抗剪、抗弯、抗拉等能力）或极限拉伸，用“抗”的方法解决，提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸（极限拉伸比抗拉强度更重要）。同时还应采取措施提高混凝土的弹性拉伸，蠕变拉伸，弯拉作用，粘结效应，配筋影响和微裂缝利用等。均属“抗放兼施以抗为主”的措施 采用保温、保湿养护兼有抗放两方面的益处,控制裂缝的基本理

8、念,混凝土裂缝是不可避免的，但是其有害程度是可以控制的，有害与无害裂缝的界限是由生产和生活使用功能及环境决定的。工程师的全部艺术是把裂缝控制在无害范围内，并将无害裂缝减少到最低限度。控制裂缝的原则是“防裂于未然”为主，处理裂缝为辅。,工民建大体积混凝土温控的三个条件,根据近年来的实践经验大体积混凝土温控在综合措施确保的条件下可适当放宽：入模温度：T032（一般规定30）内外温差：T30（一般规定25）每天降温速率：T/t3/d(一般规定1.5-2.0/d)指结构中心温度有试验表明，当入模温度为20时1天内水泥水化产生了7天水化热的43%；而当入模温度为30时，1天内水泥水化产生了7天水化热的6

9、2.5%，混凝土达到最高温度的时间缩短了，因而减少了可利用的散热时间，不利于降低混凝土的最高温升，同时也会导致降温速度过快，给保温带来一定的困难。,结构裂缝控制的综合方法,设计方面 设计不仅要考虑承载力问题，更重要的是要考虑变形问题（温度变化、收缩作用和地基变形问题）变形作用引起的内力可以采用“抗与放”相结合的综合措施，施工期间所承受的温差和湿差最大，所以采用“先放后抗”的设计原则。根据建筑的平面布置，减少约束度，如：设置滑动层，合理设置后浇带或采用采用跳仓施工法。合理布置构造钢筋，将构造钢筋布置在受力钢筋的外侧。,大面积混凝土中可掺加纤维，提高抗塑性裂缝的能力。合理选择混凝土强度等级（C25

10、C30），并利用后期强度。采用细而密的设计加强构造配筋（=0.20.5%，对称构造配筋与全截面之比）。在有可能的条件下对温度收缩应力进行计算。外墙壁柱的强度应同外墙的强度一致。大体积混凝土强度不大于C40，否则后期水化降温可能引起外窄内宽的裂缝或内裂现象。,施工方面：施工过程中必须注意保温保湿的养护措施，如：花管喷水、塑料薄膜覆盖（注意：必须覆盖塑料薄膜，如不覆盖效果极差）、草袋保温。并应尽早实施（二次压光后）浇注后混凝土初凝前进行二次压光。现场严格控制混凝土的水灰比和坍落度，不得现场加水。不得在雨中浇注混凝土。混凝土振捣时不得漏振、过振、欠振。应采用快进慢出的方法进行。注意现场防风及太阳直射

11、，模板尽可能晚拆，并尽可能早期回填。应根据不同的季节、地区采取不同的施工和养护方法。在施工条件允许的情况下,尽可能的延长养护时间,以达到“利用时间控制裂缝”的目的。充分发挥混凝土自身的松弛效应，使约束应力有时间逐渐松弛，并降低到混凝土的抗拉强度以下，以控制裂缝的出现。,材料方面：1.水泥的影响,水泥品种的影响主要体现在水泥的矿物组成的和细度方面,水泥的组成对混凝土的收缩影响较大,尤其是化学减缩和自收缩。水泥熟料各单矿物的化学减缩作用大小排序如下:C3A C3S C2S C4AF。高强混凝土的干缩随水泥中SO3 含量增加而减小,但当SO3 含量超过3.1%时,干缩又增大；低强混凝土的干缩与高强混

12、凝土的相似，但SO3含量对干缩影响更小,这是由于低强混凝土的水泥用量更低所致。,不同品种水泥因混合材的差异,混凝土干燥收缩值也不同,按收缩值排序:大掺量矿渣矿渣水泥 矿渣水泥 普通硅酸盐水泥 早强水泥 中热水泥粉煤灰水泥。较粗的熟料颗粒如大于75um,其水化不完全的核心类似于集料抑制混凝土收缩的作用:细颗粒熟料水化较完全,细颗粒增多时,C-S-H凝胶产生也更多,收缩也增大。,硅酸盐水泥体系开裂的影响因素,从对硅酸盐水泥开裂影响因素的大小排列来看是如下顺序:粉磨细度水灰比养护温度碱含量SO3含量水灰比的影响低水灰比的水泥浆体抗裂性能下降；粉磨细度越细，产生裂缝的概率越大，抗裂能力越低；随着养护温

13、度的提高，浆体的水化速度大大加快，浆体硬化后的抗裂能力下降。因此，温度应力的概念不只是温度下降引起的混凝土收缩因受到约束容易产生裂缝，很重要的一点还要考虑温度对水泥混凝土本身的改变；随着水泥中SO3含量的增加，抗裂能力逐渐下降。碱含量的增加对抗裂能力将产生不利的影响。,2.矿物掺和料的影响（1）粉煤灰,a.粉煤灰减小混凝土自收缩。粉煤灰虽是活性混合材,但在水泥浆体系中的水化非常缓慢,相当于增加早期有效水灰比,因此粉煤灰可降低混凝土内部的早期自干燥速度,显著降低早期自收缩。后期粉煤灰的继续水化使水泥石内部自干燥程度提高,但是此时混凝土已有较高的弹性模量和很低的徐变系数,因此在相同自干燥程度下产生

14、的自收缩同早期相比小的多。,可通过粉煤灰和矿渣的复掺法减小碳化影响。,b.粉煤灰混凝土干缩大,高温大风季节施工易产生塑性收缩开裂。研究表明,粉煤灰水泥混凝土在0.57kg/m2h 蒸发率条件下就会产生塑性收缩裂缝,而普通水泥混凝土则产生塑性收缩裂缝的临界蒸发率为0.75kg/m2h，这一点是值得高度重视的。c.粉煤灰明显降低混凝土水化热,使温度收缩和开裂的危险减小。d.粉煤灰会增加混凝土的碳化，据有关研表明,对于大掺量粉煤灰混凝土可通过粉煤灰和矿渣的复掺法减小碳化影响。,粉煤灰混凝土抗裂性能的影响因素,粉煤灰胶凝体系的开裂影响因素排列为：粉煤灰掺量水胶比养护温度粉煤灰比表面积；随着粉煤灰的掺量

15、在0-60%区间中增加，胶凝体系的抗裂性能提高；但超过30%以后抗裂性能提高的幅度不大；水胶比的提高，体系的抗裂性能也相应的提高；但应注意对于大掺量粉煤灰混凝土而言，水胶比的提高对其各项性能尤其是强度影响很大，应当注意；养护温度的提高会使体系的抗裂性能下降，但仍比硅酸盐水泥体系的抗裂性能好；粉煤灰的细度对其抗裂性能的影响不大。,(2)磨细矿渣:a.磨细矿渣的掺入一般会增加混凝土的收缩。它对混凝土的自收缩的影响与其细度有关。通常使用与水泥细度相当的磨细矿渣时,混凝土自收缩可随矿渣掺量的增加而稍有减少,但当矿渣细度超过4000cm2/g 时,混凝土的自收缩会随矿渣掺量的增加而增加。其原因是磨细矿渣

16、的活性更高,加速了混凝土内部相对湿度的降低;但当掺量超过一定量后,未反应的颗粒增多，对混凝土收缩又起抑制作用。,b.矿渣可降低混凝土的水化热,但若矿渣细度过细,不利于降低混凝土的水化温升。例如矿渣微粉等量取代水泥用量30%时,细度为60008000cm2/g,其混凝土的绝热温升比细度为4000cm2/g 的有显著的提高。,矿渣混凝土抗裂性能的影响因素,掺有矿渣的胶凝体系开裂影响因素排列为：水胶比养护温度矿渣粉掺量矿渣粉细度随养护温度的提高，胶凝体系的抗裂性能几乎呈直线下降随着水胶比的下降，体系的抗裂性能也下降；随着矿渣粉细度的增加，体系的抗裂性能下降,(3)硅灰:硅灰的颗粒极细,活性很高,掺入

17、硅灰可提高混凝土强度、抗渗性、耐久性及有效地控制碱骨料反应。但它的缺点就是会增加混凝土的收缩,特别是自收缩和化学收缩。由于硅灰的表面积很大,会导致水化很快,加速了水泥石孔隙中缺水与内部相对湿度的降低,而增大了自干燥。对于掺有硅粉的混凝土而言，体系的开裂影响因素排列为：水胶比养护温度硅粉的掺量水胶比降低，抗裂性能下降养护温度提高，体系的抗裂性能降低,沸石粉的掺入及对混凝土的影响,沸石粉的掺入可明显改善混凝土的抗裂性能，其主要原因是：1.掺入沸石粉的混凝土较基准混凝土的收缩可减少4.7%；2.由于掺入沸石粉后，沸石的“分子水库”作用，使水分得以在混凝土内部保存，并得到逐步的释放，减少了混凝土的早期

18、收缩，使混凝土的抗裂性能得到提高；3.在掺量为10%以内时，对混凝土的流动度无明显的影响，且可以改善混凝土的和易性。,3.混凝土外加剂的影响（1）试验证明：混凝土减水剂、泵送剂等外加剂品种对混凝土收缩确实可能有一定的负面影响，当减水剂用于改善混凝土的和易性或增大坍落度时,混凝土的收缩略有增加，特别是早期影响较大。我国混凝土外加剂标准规定，掺外加剂混凝土收缩比不掺的基准混凝土收缩不得大于20%。（2）掺入氯化钙早强剂时会增加混凝土的收缩约10%15%。掺三乙醇胺与氯化钙复合早强剂的收缩值比不掺的也是增大。,外加剂对混凝土收缩的影响,掺入高效减水剂，使混凝土的水灰比降低，得到较高的强度，然而水灰比

19、越低，收缩值越大（特别是混凝土的自收缩）；而在水灰比为0.5时，掺加高效减水剂对收缩值的影响较小；外加剂的掺入导致混凝土开裂所需的收缩值降低；外加剂的掺入使得混凝土毛细孔细化，毛细孔细化将产生较大的毛细孔张力，这应该是收缩值增大的一个原因；具有降低溶液表面张力的外加剂，可以使得毛细孔的张力得到降低，从而能够减少收缩；减缩剂的掺入能显著降低混凝土的收缩。,（3）掺入膨胀剂时,对于大体积混凝土而言由于其温度的关系导致膨胀剂的膨胀作用消失，而在混凝土降温时其可能的膨胀对结构会产生不利的影响。因此，膨胀剂的使用受到许多因素的影响,所以许多国家如日本、法国等都只在接缝处理、灌浆时才使用,而不允许用于结构

20、混凝土。因此，应特别注意选择对收缩变形和水化热影响较小的外加剂和掺和料，对于常规混凝土尽可能采用普通或中效减水剂。,4.骨料的影响 骨料的好坏对大体积混凝土的抗拉性能（强度和极限拉伸）有着十分重要的意义。例如：混凝土的极限拉伸与骨料的最大粒径有关，粒径愈增大，抗拉伸能力愈降低。混凝土的抗拉伸能力是碎石明显高于天然卵石。采用碎石和机制砂的混凝土，其抗拉伸性可比卵石河砂混凝土的有相当的增强；快速加荷时约增50%，缓慢加荷时约增40-80%。,因此，精选砂石骨料，确保中粗砂的粒径和粗骨料的级配和品种，严格控制含泥量及粉料含量（粗骨料的含泥量应控制在1%以内，砂的含泥量应控制在3%以内），对混凝土的裂

21、缝控制将起到非常重要的作用。骨料的选择还应注意其活性，对于有可能产生碱-骨料反应的骨料应在标准规定的范围内使用。在大体积混凝土中一般不应使用。,碱-骨料反应产生的裂缝碱-骨料反应是指混凝土内水泥中的碱性氧化物(此处专指氧化钠和氧化钾)含量较高时，它会与骨料中所含的活性二氧化硅发生化学反应，并在骨料表面生成一层复杂的碱-硅酸凝胶，其反应式如下：Na2O+SiO2 Na2O.SiO2.nH2O 这种凝胶吸水后，会产生很大的体积膨胀（约增大3倍以上），而且膨胀是无限的（即指不断吸水不断肿胀）从而导致混凝土胀裂，这种现象称为碱-骨料反应。碱集料反应造成的开裂破坏难以阻止、难以修补，而被称为混凝土的癌症

22、。如果在房屋结构鉴定中遇到这种裂缝，可直接定为危险构件d级。,碱骨料反应分为碱硅酸反应和碱碳酸盐反应,目前主要的碱集料反应是指碱硅酸反应。一般认为：对于高活性的硅质集料（如蛋白石），混凝土碱含量大于2.1kg/m3将发生碱集料反应破坏，对于中等活性的硅质集料，混凝土的碱含量大于3kg/m3将发生碱集料反应破坏。当集料具有碱碳酸盐反应活性时，混凝土的碱含量只要大于1.0kg/m3就有可能发生碱集料反应。,碱-骨料反应产生的裂缝情况,混凝土供应商,混凝土供应商除了注意混凝土的强度外，还应该了解混凝土的具体应用特点，如“大体积”混凝土的性质和要求，控制由于变形作用引起的裂缝。根据不同原材料的特性优化

23、适合大体积混凝土施工和控裂要求的混凝土配合比。混凝土的抗压强度不要留有过多的余地。大体积混凝土尽可能利用60天或90天强度。对于外掺料的选择应考虑降低水化热和收缩的综合因素。,混凝土供应商应当经常作强度统计分析，减少变异性；检查称量装置确保无误；检查自动控制设备确保在严酷的工作环境中设备的稳定性。确保试验室确定的配合比在生产中能够得到实施。在外加剂的选择上应注意选择正规厂家生产的正规产品，并应注意除保证强度外，该外加剂的掺入对混凝土体积稳定性的影响。利用良好的配合比控制混凝土的干燥收缩；一般来讲骨灰比越大，砂石比越大，砂灰比越大，混凝土的最终干缩越小。,环境方面(施工阶段),注意施工的季节，环

24、境的温度、湿度及气象变化对混凝土变形性能的影响。及时和气象部门保持密切的联系，注意防风、防雨。应尽可能在较低的温度环境中开始浇注混凝土，在中间要特别注意急剧降温、急剧干燥对混凝土的不利影响。昼夜温差过大时应采取相应的措施。,环境方面(使用过程中),混凝土在使用过程中所处的环境中是否存在腐蚀介质，其种类和浓度。由于环境中腐蚀介质的作用而使混凝土产生裂缝的主要原因是混凝土中形成了膨胀性的产物，这样的腐蚀介质包括硫酸盐，氯盐，镁盐和碳酸盐等。在了解了腐蚀介质及其浓度后，在材料的选择，混凝土的配合比等技术措施也应纳入系统工程的范畴中一并考虑,管理方面,应当确定科学的控制裂缝标准，合理选择施工进度，避免

25、在混凝土施工中过分的抢工期。监督混凝土施工中制定的各项技术措施，并要求其必须严格执行。不应预先指定设计及施工单位必须选用材料及施工方法。应采取事先控制方法，如：必要的理论计算，出现异常情况的紧急预案和应急措施等。,施工过程中及验收后发现少量的裂缝，应根据裂缝的性质、设计要求、使用功能和环境条件，分别采用化学灌浆或表面封闭的方法加以处理，轻微的收缩裂缝不应作为“事故”处理，也不应降低工程质量标准，采取适当措施以确保结构物正常耐久使用，完全可以满足设计要求。除非承载力严重不足，不要轻意打掉重建，耗费巨资补强加固。,监测方面,对大体积混凝土在施工和养护期间应进行监测，监测的内容应包括：水化热最高温升

26、、内外温差、环境温度、降温速率和混凝土的应变。监测方法应采用计算机时时监控，数据及时返回的操作系统，以便与管理部门和施工部门密切联系，随时可对混凝土产生的异常进行补救措施。对混凝土的应变监测是比温度监测更重要和更直观的方法，可针对混凝土是否会出现裂缝得出较准确的判断，是大体积混凝土裂缝控制十分有效的方法。,监控系统组成图,C30P8，1.5m混凝土温度变化情况,C30P8，1.5m混凝土应变变化情况,裂缝处理（轻微裂缝类似于瑕疵终饰工程）,大量性的表面裂缝，采取表面封闭方法；贯穿性裂缝，采用化学灌浆的方法进行处理裂缝处理是确保结构耐久性的维护。处理裂缝的时间是裂缝发展基本稳定，在春、秋季节为宜

27、。,裂缝的灌浆处理,北京冶建新技术公司 本公司集建筑物裂缝调查、诊断、修复为一体，以独创的YJ-自动压力灌浆技术”领先国内。拥有经验丰富的混凝土结构、裂缝控制及建筑材料学科专家，承担混凝土梁柱、屋架、楼板、墙体、地下室、桥梁、公路等各种工程裂缝的灌浆修复、碳纤维加固补强等维修改造任务。已对数百项国家重点工程、民用建筑进行了加固修复并取得良好效果。,YJ-自动压力灌浆技术,裂缝、空鼓处理专用技术，通过冶金部部级鉴定，荣获“国家级科技成果重点推广项目”，“建设部科技成果重点推广项目”(2002年再次认定)，“冶金部科技进步三等奖”。YJ-自动压力灌浆器 Selfpressure injector(

28、1)YJ-自动压力灌浆器：是一种袖珍式可对混凝土微细裂缝进行自动灌浆注入的新型工具，长度仅为26cm，不需使用空压机、手压泵等配套设备，不用电，操作简便、快捷，可在水平、垂直等任何方向安设使用，并可直接观察和确认注入情况，易于保证质量。,使用参数本灌浆器适合修补0.05mm以上的裂缝；灌浆器内弹簧压力为6kg，注入起始压力60kPa；软管可装树脂量为50g,有效注入量为40g，一次注入不足时可继续补充(2)AB型树脂为灌浆专用胶：有溶剂型、水乳型不同类型数种系列产品。对于微细裂缝(0.05mm)、较宽裂缝(0.5mm)以及砂浆、混凝土、砖板空鼓缝隙等各种状况尽可进行灌浆处理。可于干燥或潮湿环境下固化，并且具有树脂本体收缩小、强度高、韧性好、适应能力强等特点。,混凝土收缩开裂影响因素的分析模型,