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1、商品混凝土中的裂缝问题,侯云芬 北京建筑工程学院 中国矿业大学（北京）混凝土与环境材料研究所,绪论,商品泵送混凝土的两大问题： 1）可泵性问题（pumpability） 2) 裂缝问题（cracks）,裂缝问题具有普遍性：混凝土结构物产生裂缝是不可避免的，是一种人们可以接受的材料特性。如果对建筑物的抗裂性要求高，必将付出巨大的经济代价。科学的要求应是将其有害程度控制在允许的范围内。 混凝土裂缝宽度控制标准大致： 无侵蚀介质、无抗渗要求：0.30.4mm 轻微侵蚀、无抗渗要求：0.20.3mm 严重侵蚀、有抗渗要求：0.10.2mm 原则与态度： 防 、 放 、 抗 、 补,混凝土开裂的基本原理
2、,混凝土是一种准脆性材料，抗压强度高，抗拉强度低，拉压比在1/7-1/15之间，平均1/10。 温差、收缩等在混凝土内部产生的拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土即发生开裂。 钢筋混凝土组合，纤维混凝土组合，聚合物混凝土组合,裂缝的分类,按裂缝的深度：表层裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝 按裂缝开度的变化：死裂缝、活裂缝（宽度变化、长度不变）、增长裂缝 按裂缝产生的原因：干缩裂缝、温度裂缝、钢筋锈蚀裂缝、碱-骨料反应裂缝、超载裂缝、沉降裂缝、地基冻胀裂缝,裂缝分类,荷载裂缝 20 与设计和结构受力有关 变形裂缝 80 其中包括： （1）收缩裂缝 化学收缩，塑性收缩，干燥收缩，温度收缩，自收缩，碳化收缩
3、（2）沉降裂缝,裂缝产生的原因： 钢筋混凝土结构裂缝控制指南进行了概括，共分为4大类38种原因 1）与结构和荷载有关的 6种 2）与使用和环境有关的 7种 3）与材料和配比有关的 10种 4）与施工有关的 15种,原因1：与结构设计及受力荷载有关的,1、超过设计荷载范围 2、地震和台风作用 3、构件断面尺寸不足、钢筋用量不足、布筋不合理 4、结构沉降差异 5、次应力作用 6、对温度应力和收缩应力估计不足,原因2、与使用和环境条件有关的,1、环境温度、湿度变化 2、结构构件各区域温度、湿度差异过大 3、冻融、冻涨 4、钢筋锈蚀 5、火灾和表面高温 6、酸、碱、盐侵蚀 7、冲击、振动影响,原因3
4、与原材料和配合比有关的,1、水泥的非正常凝结（受潮，温度过高） 2、水泥非正常膨胀（f-CaO,f-MgO,R2O） 3、水泥用量高，水化热高 4、掺合料问题（如粉煤灰的含钙问题） 5、集料含泥量与级配问题 6、集料碱活性和风化岩石 7、混凝土收缩 8、混凝土配合比不当 9、水泥、外加剂、掺和料的相容性 10、其它,原因4：与施工有关的,1、搅拌不均匀 2、现场加水 3、浇注顺序有误，浇注不均匀 4、捣实不良，坍落度过大，集料下沉、泌水，混凝土表面强度过低就进行下一道工序 5、连续浇注间隔时间过长，接茬处理不当，冷缝 6、钢筋达接、锚固不良，钢筋、预埋件被扰动 7、钢筋保护层厚度不够 8、滑模
5、工艺不当（拉裂或塌陷）,原因4：与施工有关的,9、模板变形、模板漏浆或渗水 10、模板支撑下沉、拆模过早、拆模不当 11、硬化前遭受扰动或承受荷载 12、养护措施不当或养护不及时 13、养护初期遭受剧烈干燥（日晒、大风）或冻害 14、混凝土表面抹压不及时 15、大体积混凝土内部温度与表面温度或表面温度与环境温度差异过大,裂缝控制的措施,1、设计方面的措施 2、混凝土原材料、配合比方面的措施 3、施工方面的措施 又分为： 普通措施 特殊措施,措施1 设计方面的措施,墙体配筋 设计采用“细密原则” 局部加强，如跨中、板柱结合处 后浇带、沉降带和加强带的妙用,措施2、混凝土原材料和配合比方面的,1、
6、配合比设计一定要合理 全计算配合比设计方法 2、对原材料要有正确与科学的选择 工程特点，气候条件，结构设计要求，现场施工状况等,措施2、混凝土原材料和配合比方面的,混凝土 终 终凝后 长龄 浇筑成型 凝 1周左右 期 塑性收缩开裂 温度开裂 干燥收缩开裂 沉降开裂 自收缩开裂 冻融作用开裂 盐害引起开裂 硫酸盐侵蚀引起 中性化引起 碱骨料反应引起,措施2、混凝土原材料和配合比方面的,1、塑性收缩开裂的对策（泌水） 适当降低用水量；掺入沸石粉、硅粉提高混凝土粘度；采用2次振捣工艺 2、沉降开裂对策（粘聚性不好、泌水） 提高粘度；降低用水量和水灰比；控制高效减水剂掺量 3、温度开裂对策 低热水泥；
7、降低浇筑温度；控制降温速度，使内外温差25度（早期覆盖保温）,措施2、混凝土原材料和配合比方面的,4、自收缩开裂对策 加强湿养护；加入10%饱水沸石粉代替水泥；高吸水性树脂 5、干燥收缩对策（毛细管水分） 降低用水量；优选骨料；选择水泥（粉煤灰水泥）；掺入外加剂（减缩剂、膨胀剂）,裂缝治理措施：灌、堵、嵌、涂、抹,1、灌：化学灌浆，将一定化学材料的浆液，用压送设备将其灌入裂缝，凝固后达到防渗、堵漏、加固目的。甲基苯烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂等。 2、堵：封堵。干燥条件下，用高分子涂料、聚合物水泥砂浆。找渗漏条件下，快速堵漏材料。二矾防水胶浆。 3、嵌：在裂缝处开槽，在槽中嵌填弹性、塑性或刚性密封
8、材料。活动缝（柔性材料）、死缝（刚性材料）。聚氯乙烯胶泥、聚氨酯、硅酮、聚硫橡胶，聚合物水泥砂浆、掺膨胀剂的补偿收缩水泥胶料或砂浆。,裂缝治理措施：灌、堵、嵌、涂、抹,4、涂：在裂缝表面涂刷高分子防水涂料。如聚氨酯、环氧树脂、有机硅 5、抹：在裂缝表面抹一层厚质防护抹面层。聚合物水泥砂浆、掺膨胀剂的补偿收缩砂浆、水泥砂浆、白灰砂浆。,与裂缝相关的若干典型问题探讨,1、高钙粉煤灰的使用问题 2、膨胀剂的正确使用 3、高强混凝土的裂缝控制 4、大流态混凝土的裂缝控制,高钙粉煤灰的使用问题,高钙粉煤灰的特征 高钙粉煤灰的利弊 高钙粉煤灰的利用 高钙粉煤灰与膨胀剂的复合问题,膨胀剂的正确使用问题1,补
9、偿收缩混凝土的三大应用领域： 1）结构自防水混凝土 2）超长结构混凝土无缝设计与施工（专利） 3）大体积混凝土裂缝控制 其核心在于补偿混凝土自身收缩（包括干缩和冷缩），提高混凝土抗裂性。,膨胀剂的正确使用问题2,选择优质高效膨胀剂 掺量及配合比合理 构造与配筋合适 养护尤其重要,高强混凝土的裂缝控制,高强混凝土的温度应力、自收缩与开裂 从技术角度可将这些原因分为两类： 1）常规技术可解决的； 2）新技术的采纳和新的认识水平不断提高才可以解决的。如： 温度应力、收缩应力，收缩、徐变，温湿度差异，配合比，体形,补偿收缩混凝土 1）获得广泛、成功的应用 2）特别实用于中等强度泵送混凝土 当用于高强度
10、泵送混凝土时存在问题（开裂）， 最典型的情况就是高强混凝土剪力墙,温差、收缩在混凝土内部产生的拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土即发生开裂。 温差与变形又有一个当量换算关系，故均可折算为变形（收缩）。 膨胀补偿收缩.补偿收缩混凝土,C60高强泵送膨胀混凝土的性能（无BFS）,HPEC的力学性能和膨胀行为,掺磨细矿渣C60高强泵送膨胀混凝土的性能,HPEC膨胀与强度发展的协调性,C60泵送膨胀混凝土特殊性：水养1天出现自收缩，膨胀受到压缩，原因在于高强泵送膨胀混凝土较高的强度，特别是较高的早期强度限制了膨胀的发挥，在混凝土内部存在“自约束效应”。 掺加磨细矿渣后，未发现自收缩现象，掺磨细矿渣的高
11、强膨胀混凝土的限制膨胀率大于对应的未掺磨细矿渣的高强膨胀混凝土的限制膨胀率。 磨细矿渣的加入使高强膨胀混凝土早期强度上升速率减慢，膨胀效应得以较充分发挥，所以加磨细矿渣的高强混凝土显示出较高的膨胀率。,HPEC膨胀与强度发展的协调性,过高的强度特别是早期强度会抑制混凝土膨胀的发挥，而较低的强度特别是早期强度则会导致更多的膨胀变为无效膨胀消耗在塑性状态的混凝土中，使可测的有效膨胀率减小。这是问题的两个方面，对不同强度混凝土侧重不同。 强度与膨胀协调发展这一EC的基本规律对于HPEC仍然适用，且更为重要。只要正确掌握HPEC膨胀与强度发展的规律，就可以有效、合理、安全地利用其补偿收缩、膨胀密实、防
12、止开裂的优异特性。,裂缝处理方法,灌浆法 化学灌浆 水泥灌浆 表面封闭法 结晶渗透侵入法,化学灌浆材料,化学灌浆是用高压灌浆将化学浆液灌入地层，地基或混凝土结构的孔隙和裂缝中，使其扩散，然后经胶凝或固化达到加固或防渗，堵漏的一种技术 化学灌浆是稳定，能流动，并能通过化学反应形成胶凝的液体能灌入0.1mm以下的裂纹 有机高分子材料广泛用于实际工程中 化学灌浆材料能可分为两大类：一类为补强加固灌浆材料：如环氧树脂类，甲基丙烯酸酯类；另一类为防渗堵漏灌浆材料：丙烯酰胺，木质素类,化学灌浆材料的特点：黏度小，可灌性好，渗透力强，充填密实，防水性好，浆材固结后强度高，且固化时间可以任意调节 化学灌浆是防
13、水工程的一个重要的领域，主要用于水利水电工程和建筑土木工程的地基，地基处理，混凝土结构裂缝或缺陷处理，建筑物纠偏，动水堵漏,丙烯酰胺灌浆材料,这种材料又称“丙凝”，主要有丙烯酰胺，胶联剂和水溶性自由基氧化还原体系组成 单体是一种极易溶于水，易聚合的单体小分子物质，在光，热或引发剂的作用下就能反应 丙烯酰胺均聚物易溶于水，不能单独做灌浆材料，他必须和含有两个以上乙烯基的化合物共聚，形成三维网络聚合物而胶凝,常用的引发剂是水溶性的过硫酸盐，一般用量为丙烯酰胺的0.5%,常温分解速率低，需加促进剂 丙烯酰胺胶凝体的抗渗性能极好，具有高弹性，能适应较大的变形而不开裂 可用于封闭建筑物的结构裂纹和孔隙中
14、的漏水通道 与水泥一起还可以作为防水抹面材料,聚氨酯类灌浆材料,这种材料有称“氰凝”，是世纪年代发展起来的一种高效灌浆材料 其浆液是由聚氨酯预聚体加上溶剂，催化剂，缓凝剂，表面活性剂，增塑剂和其他改性剂等组成 预聚体常选用TDI 催化剂能加速浆液中二异氰酸酯基与水和多元醇反应催化剂有叔胺和有机锡 稀释剂分为活性和惰性两类用于降低浆体的黏度,聚氨酯灌浆材料分为油溶和水溶两类油溶固化强度高，抗渗性好，易于加固地基，防水堵漏的工程水溶性包水量大，适用于动水地层的堵漏水，土质表面的防护其最大的优点是亲水性和遇水膨胀性能,聚氨酯类灌浆材料的优点,任何条件下都能与水反应固化不会被水稀释流失 反应活性大，固
15、结体具有良好的弹性和强度 固化过程中会产生二氧化碳气体，气体压力可以进一步将浆液压入裂缝 与土粒粘合力大 黏度可调，固化速度调节方便,丙烯酸盐类灌浆材料,组成与丙烯酰胺相似，是由丙烯酸盐类单体，交联剂，引发剂阻聚剂等组成 当一价金属盐作为灌浆材料时，必须加交联剂 引发剂为水性过硫酸盐，最佳分解温度为度，固在常温下固化时需加入促进剂 胶凝体的性质与盐类有关 特定的丙烯酸盐具有膨胀性，所以可用于潮湿状态下裂缝的灌浆,应用,主要用于隧道，下水道，地下建筑的防水堵漏 作为水下接缝剂 丙烯酸的不同的盐的灌浆材料有不同的用途,环氧树脂灌浆材料,由环氧树脂，固化剂和稀释剂调配而成 固化剂有碱性，酸性和反应性
16、低聚物三类 一般环氧树脂的粘性较大，所以一般要加入适量的稀释剂 在这一灌浆材料中，用惰性稀释剂效果最好，如丙酮，甲苯,聚合物混凝土,聚合物混凝土是由有机聚合物、无机胶凝材料、集料有效结合而成的一种新型混凝土材料的总成。它克服了普通水泥混凝土抗拉强度低、脆性大、易开裂、耐化学腐蚀性差等缺点，扩大了混凝土的使用范围。 聚合物混凝土按混凝土的材料分为三种类型：聚合物浸渍混凝土（polymer impregnated concrete，简称PIC） ，树脂混凝土或聚合物混凝土（polymer concrete，简称PC） ，聚合物水泥混凝土（polymer cement concrete，简称PCC） ,聚合物浸渍混凝土,聚合物浸渍混凝土（polymer impregnated concrete，简称PIC）为将已经硬化的普通混凝土放在有机单体里浸渍，然后再通过
