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1、混凝土的早期裂缝控制,1,混凝土出现宏观裂缝（0.05mm以上）是普遍现象 多数情况下无明显危害，查明原因后可以接受,2,但开裂又常是： 设计有误、原材料选择不当、配比不良，施工质量低劣的综合反映 可能隐含抗渗性差、强度不足、材料严重不匀、结构有薄弱环节 或混凝土、钢筋材料已遭受腐蚀和损伤 甚至是面临破坏的前兆 所以，出现裂缝必须寻求原因，采取相应对策,3,混凝土开裂多发在早期（施工阶段） 原因综合、多样 后期使用过程中的开裂，许多也源于施工阶段 如采用劣质水泥、活性骨料、CaCl2掺合料,4,早期裂缝类型,硬化前的裂缝塑性裂缝 硬化后的裂缝收缩裂缝（温降收缩、干燥 收缩、自生收缩） 收缩裂缝
2、通常不会对结构的承载能力造成损害 引起渗漏和超过允许宽度的收缩裂缝要堵缝修补 小于0.15mm裂缝在湿润环境下能自愈合 但要排除可能隐患，如水泥质量低劣、骨料含泥量 过大、拌料工任意加水、养护不良等导致混凝土强 度和耐久性不足,5,后期裂缝类型,荷载裂缝 干缩裂缝 沉降等变形裂缝 温度变化裂缝 混凝土腐蚀裂缝和钢筋锈蚀裂缝,6,7,硬化前的塑性裂缝,塑性干缩裂缝 塑性沉降裂缝 其它塑性裂缝,8,塑性干缩裂缝（新拌混凝土） 表面失水（蒸发泌水）干缩 开裂 蒸发与大气相对湿度RH%、大气 湿度t、混凝土浇筑温度th、风速 u有关 为防止开裂，蒸发速度应小于： 1 kg/m2hr（传统的高水灰比混凝
3、土） 0.30.5 kg/m2hr（低水灰比混凝土）,9,RH， t， th，u，蒸发量增加 水泥用量 水泥细度 粉煤灰 用水量 缓剂 塑性干裂可能性增加 风速影响很大，RH=100%，t=4，th=27， 三级风（16km/hr） 蒸发速度1 kg/m2hr,10,防止塑性开裂措施 混凝土入模后预防外露表面失水 尽快用塑料膜覆盖 工作面保持最小 降低混凝土的入模温度 喷雾湿润上方空气 设置遮蔽棚，防止阳光直射 浇筑前润湿模板和底板 降低混凝土粉料总量 降低用水量 外加引气剂（混凝土含气量4.51.5%） 通过抹面、压光消除早期塑性裂缝,11,塑性沉降裂缝骨料下沉引起,12,其他塑性裂缝 模板
4、松动 支架下沉 振捣不充分 拖动振捣棒,13,硬化混凝土早期收缩裂缝,干燥收缩（失水） 温度收缩（水化热降温） 自生收缩（主要在低水胶比混凝土） 塑性裂缝基础上扩展的收缩裂缝 混凝土不均匀引起的裂缝 加水、拖动振捣棒、掺和料分布不匀、振捣不匀 低水胶比混凝土的干燥收缩小于高水胶比混凝土， 加上自生收缩后则大于高水胶比混凝土,14,影响混凝土开裂的主要因素 混凝土收缩程度； 所受约束程度； 混凝土弹性模量； 徐变或松弛能力； 抗拉变形能力或抗拉强度,15,外部约束 内部约束,16,干缩裂缝控制 配置低收缩混凝土 减少拌和水量，减少浆体体积，加大粗骨量的最大粒径和骨料含量 降低拌料入模温度，选择低
5、含碱量水泥，控制骨料含泥量 降低混凝土干燥速率，延缓表层水分损失 设置构造钢筋 采用补偿收缩混凝土，或外掺减缩剂 设置伸缩缝和后浇带施工 提高混凝土抗裂能力,17,温度收缩裂缝控制 收缩是以混凝土最初变硬时的长度作为基准 这时的混凝土因水化热而处于高温或较高的温度下 减少因水化热和环境温度引起的温升 减少混凝土内外温差 控制降温速度，防止温度骤然变化 选择热膨胀系数低的混凝土 限制早期（12或24hr）强度,18,干缩的过程很长，早期干缩开裂多由于表面失水过快，在局部约束下引起开裂 仅当构件较薄时才引起贯穿裂缝 温度收缩裂缝在外部约束下常引起贯穿裂缝，同时也受内部约束,19,20,温度控制对防
6、裂的重要性 混凝土温度增加，使： 拌和用水增加，影响强度的密实性 早期强度快速发展，削弱后期强度和密实性 塑性开裂可能性增加 温度收缩开裂可能性增加 浇筑温度愈高，水化速度加快，进一步增加温升 限制散装水泥温度，选择低水化热水泥，不用高细度早强水泥 骨料遮阴堆放 冷却新拌混凝土,21,22,裂缝和钢筋锈蚀 横向裂缝不会导致钢筋连续锈蚀，裂宽大小影响不大 纵向裂缝（顺筋开裂）有严重危害 防止钢筋锈蚀主要依靠混凝土抗渗性和加大保护层厚度,23,混凝土裂缝控制的设计方面考虑,24,25,一、混凝土体积变形引起的拉应力,水化热降温收缩 干燥引起的收缩 相当于温降 总收缩,26,1、外部约束下构件拉应力
7、 二端固定约束下拉应力 当 ，或 ，混凝土开裂，如不配筋， 断为二段，约束全部消除 底面连续约束下拉应力 R 为约束度，且 R 1 当 ，裂缝首先在中间截面底部出现并向上发展，约束未全部消除,27,28,将地基看作是半无限的连续介质，用有限元分析 用Sap93有限元程序分析结果： a) 当 、 及 确定后，构件中的应力大小及其分布仅与长高比 L/H 有关，而与构件L或H的绝对尺寸大小无关 b) 构件所受的约束度随地基刚度降低而减少 L/H=10 的构件 L/H较大的构件，当比值 不甚小时，中间截面拉应力接近均布，但当比值 甚小时，上部拉应力低于下部愈多。,29,H=6m L/H=10 Ef/E
8、c=1 变形图,H=6m L/H=2 Ef/Ec=1 第一主应力,30,31,ACI方法 王铁梦方法 将地基的作用简化为水平弹簧，类如Winkler地基方法 构件中的拉应力不仅取决于比值/H ，而且尚与或H的尺寸大小有关,32,有限元方法与王铁梦方法比较,33,2、内部约束下构件拉应力 内部约束下拉应力是在同一时刻下由于构件内部存在 不同温差所引起 外部约束下拉应力是由于龄期发展的温降所引起 某一时刻下由于体积收缩变形引起的拉应力是这二部 分的叠加,34,3、弹性分析的缺陷及改进 a) 考虑应力松弛，按弹性分析的拉应力 可乘以小于1的松弛系数 当用混凝土拉应变值作为开裂判据时， 系数S一般可取
9、1.52.0 b) 考虑不同时间内的参数变化 弹性模量、抗拉强度、极限拉应变、应力松弛都是时间的函数 温差Te也随龄期变化，分每一时间段t计算进行叠加 要进行可靠的温度场和应力场分析， 需要有一个实用的计算机仿真程序,35,二、防裂混凝土,1、普通混凝土 混凝土的密实性和均匀性是结构防裂与防水的首要保证 防水结构和隧道混凝土的强度等级应不低于C35或C40， 水灰比不大于0.45 抗渗标号对多数地下工程来说并没有实际意义 混凝土发生渗漏，往往是施工原因造成的质量不均匀和裂缝 选用低水化热的水泥对地下结构混凝土防裂有重要作用，不同 水泥混凝土的裂缝宽度有很大差别,36,37,a）强度等级：一般应
10、不低于C30 或提出双重控制指标，同时满足28天强度不低于C25和60天强度标准值不低于30MPa b）水灰比：应不高于0.5，最好在0.45左右 c）限制最大水泥用量 d）矿物掺合料：一般应外掺水泥重量2030%的粉煤灰；热天施工的粉煤灰掺量上限可放宽至35% e）提出对粗骨料最大孔隙率限值的要求 f）限制使用R型早强水泥，尤其是热天不应用早强水泥,38,2、补偿收缩混凝土 补偿收缩混凝土是一种适度膨胀的混凝土，或称膨胀混凝土 膨胀剂防裂技术的成功应用，必须具有专门的知识和技术 许多膨胀剂产品缺乏对其性能和适用性的深入系统研究 要使膨胀剂起作用，混凝土必须处于约束下的限制膨胀和限制收缩状态。
11、自由或过大的膨胀将导致混凝土强度的严重削弱甚至开裂。膨胀剂用量过大或过小都会对防裂效果和混凝土强度产生不利影响。,39,早期限制膨胀的作用 a）使早期混凝土处于受压或低受拉的应力状态，避免早期开裂 b）延迟混凝土的收缩时间，此时的抗拉能力有较大增长 一般认为，应用补偿收缩混凝土时，应导入0.30.7MPa的 初始膨胀压应力。 但是计算方法的适用性尚缺乏充分验证，实际应用时存在的问题： a）实际结构的限制膨胀程度难以用标准小试件的配筋率模拟 b）尺寸影响不清，实际结构构件与泡水标准小试件的膨胀不同 c）温度影响不清。水化热加速膨胀剂的水化，早期膨胀将消耗在无效的塑性和徐变变形下，严重削弱膨胀剂的
12、效果。不同的膨胀剂对于温度、养护条件、水泥品种、减水剂、掺合料品种的适应性均有所不同。,40,高温6070下可能不膨胀 UEA膨胀混凝土养护时需有充分的水补给，早期干燥缺水，反而加速开裂，复合膨胀剂水化所需的水分只及UEA的1/2 掺入粉煤灰有可能减少限制膨胀率 膨胀剂会使坍落度经时损失明显增加 缓凝剂会降低限制膨胀率并增加限制收缩值 减水剂能加快钙矾石生成，因而降低限制膨胀率 有的膨胀剂含碱量较大。 膨胀剂拌合不匀，产生过量膨胀，也引起开裂 1）施工单位必须具有应用此类膨胀剂的经验，有严格的工法和操作条例 2）施工前必须对所用膨胀混凝土的性能进行专门的检验 测定其自由膨胀率、限制膨胀率和限制
13、收缩率,41,3、纤维混凝土 聚丙烯纤维,42,三、防裂混凝土,施工缝 控制缝 变形缝伸缩缝、抗震缝和沉降缝 后浇带,43,1、施工缝 施工缝应不损害结构的整体性，置于受力较小部位，构件钢筋应全部穿过施工缝 为确保水密性，宜在施工缝的位置上内埋止水带 精心操作的水平施工缝易达到水密性要求，但竖向施工缝宜设置止水带 合理规划施工缝的位置与施工间隔，应作为防裂的重要手段 墙体沿纵向分段浇筑或间隔跳槽浇筑，每段混凝土L/H值均较小，不易开裂，墙体分层浇筑，容易散热 施工缝的纵向间距取决于多种因素，一次浇筑长度一般不宜超过12m,44,45,2、控制缝 控制缝 又称收缩缝或诱导缝 人为造成薄弱连接面或
14、削弱这一部位上的构件截面，控制开裂位置，防止其它部位继续发生无序开裂 控制缝二侧的钢筋可以部分（不大于50%）穿过接缝，也可以全部断开； 控制缝处的构件截面厚度缩减，在表面处做出槽沟并用防水材料嵌填密封 防水结构的控制缝间距与混凝土的收缩特性、温差大小、结构所受的约束程度、构件尺寸、配筋率和结构功能要求等多种因素有关，可从几米到25m，通常与构件配筋率相联系 有人主张宁可放大控制缝间距，或者不设控制缝而只有施工缝并增加抗收缩钢筋的数量 国外一些资料对有水密要求的贮水结构，控制缝间距不超过 710m,46,47,3、伸缩缝 伸缩缝又称膨胀缝，允许在缝间发生伸缩，缝宽一般为2030mm 地下结构在
15、使用期间的温度变化较小，除非结合抗震或沉降的需要，常无专门为混凝土体积变形而设置膨胀缝的必要,48,49,4、后浇带 又称收缩带，是一种特殊类型 的施工缝，近年来广泛用于取 代伸缩缝 后浇带通常宽0.71m，后浇带 间距与构件所受的约束程度有 关。工程实践表明，间距为 3050m的后浇带能起到很好 的防裂作用。在二侧混凝土浇 筑后的24周内构筑，国内多 要求6周以后,50,5、无缝混凝土 仅有施工缝而取消控制缝和伸缩缝的大体积混凝土 主要采取限制水泥用量、使用低热水泥、降低浇筑温度和内外温差、增加施工缝和后浇带施工、采取保温养护使表面温度缓慢下降、同时进行施工温度监控 6、滑动层和缓冲层 岩石地基上高H=1m和L/H=10的混凝土构件， 设置10cm厚砂垫层后，构件受到的最大约束度从0.71降低到0.24,51,四、构造钢筋,配置构造钢筋可以控制裂缝宽度并限制其发展，实质是减少裂缝间距，使裂宽能控制在可接受的范围内 我国习惯采用的控制收缩的配筋率在0.2%左右；美国ACI规范为0.25%；这种构造配筋率在多数情况下对地下结构不适用 根据经济和适用性的折衷考虑， 0.4%的配筋率（相应的钢筋屈服强度标准值为420MPa）可能
