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1、1,混凝土早期裂缝问题,2,目前混凝土工程耐久性现状,土木工程中的新挑战,3,土木工程中的经济问题,4,耐久性影响混凝土的使用寿命、安全性、使 用领域、使用效果、经济性、设计理 论、设计规范混凝土耐久性与国民经济、社会安定、环境 质量、可持续发展等密切相关。耐久性混凝土材料科学的重大研究课题。,国家“九五”“十五”科技攻关项目 重点工程混凝土安全性的研究 新型高性能混凝土耐久性的研究的应用 批准部委：国家计委、国家科技部 组织部门：中国建材院 承担单位：中国建材研院、中国水利水电科学研究院、南京化工大学、武汉理工大学、 北京科技大学、中国建研院、同济大学、苏州混凝土水泥制品研究院、清华大学等,
2、6,针对影响混凝土耐久性问题进行了全面系统的研究： 混凝土抗碱-集料反应性研究 碱-集料反应判定方法、我国部分地区碱-集料分布图、抑制碱-集料反应材料 混凝土耐久性的研究 混凝土抗冻性、钢筋锈蚀、耐化学腐蚀、裂缝检测与修补 高性能混凝土与混凝土安全性专家系统 新型胶凝材料、高性能混凝土、混凝土安全性专家系统,7,混凝土裂缝分类、原因,8,混凝土开裂的一般原因 裂缝是混凝土结构最为常见的缺陷 通常所说的裂缝是指宽度在0.030.05mm以上的宏观裂缝。 混凝土裂缝的出现通常是由于混凝土发生体积变化时受到约束，或者是由于荷载作用，在混凝土内引起过大的拉应力（或拉变形）而引起的。,9,多数情况下，混
3、凝土出现可见的宏观裂缝只是损害结构的外观。但是混凝土开裂总是设计、施工或原材料选用不当产生的，有时还反映了结构存在严重的薄弱环节，或者混凝土材料已经遭受腐蚀和重大损伤，甚至成为结构面临破坏的前兆。 所以一旦出现裂缝，就要分析其原因并采取适当的补救措施。,10, 拉应力是产生裂缝的必要条件 除荷载作用外，结构的不均匀沉降、收缩、温度变化等都会引起拉应力 结构中主拉应力达到混凝土（当时）的抗拉强度时，并不立即产生裂缝，而是当拉应变达到极限拉应变tu时才出现裂缝 硬化后的混凝土极限拉应变tu 约为15010-6，即10m长的构件，产生1.5mm的很小受拉变形即会产生裂缝。 由于混凝土材料的不均匀性，
4、裂缝首先在强度最小的位置发生。裂缝发生前瞬间的应变分布会产生应变集中。 不同龄期的混凝土，其裂缝断面状况有较大差别。,11,裂缝断面较为光滑，两裂缝不能完全闭合,裂缝断面则呈不规则较为锋锐状态，两断面可以闭合,12,裂缝的分类 按裂缝产生的时间一般可分为施工阶段裂缝和使用阶段裂缝 根据裂缝的形态来划分；横向裂缝、斜裂缝、X形裂缝、纵向裂缝、八字形裂缝、网状裂缝、云彩状裂缝、鼓胀裂缝。 根据裂缝产生的原因来划分,13,变形裂缝和荷载裂缝 80%的裂缝是属于由变形（温度、收缩、不均匀沉降）引起的；包括变形和荷载同时作用且以变形为主引起的裂缝； 20%的裂缝是属于荷载引起的，包括变形和荷载共同作用且
5、以荷载为主引起的裂缝； 前者并不是所有的裂缝都会对结构的安全造成严重的影响:比如混凝土梁的受拉区在设计的过程中就是考虑梁在使用过程中带裂缝工作，如果一根梁在工作阶段，完全没有裂缝，说明梁的配筋十分保守，或者没有充分发挥作用； 裂缝的存在会给腐蚀介质的侵入留下一条通道，对混凝土的耐久性能造成一定程度的影响。,14,温度裂缝 结构在环境温度变化或受辐射热作用下，造成结构温度各部分的温度差别，引起结构内力过大而产生裂缝 这种裂缝的特点是会随着温度的变化而变化，冬季的裂缝宽度会窄一些，夏季的裂缝宽度会大一些。 混凝土梁上的温度裂缝表现为横向受拉细微裂缝。 因为混凝土和砌体之间线膨胀系数不一致，混凝土和
6、砖砌体的温度线膨胀系数分别为1010-6/oC和510-6/oC，即在相同的温差和相同长度下，混凝土的温度变形是砖砌体的一倍。两者间的不均匀膨胀（收缩）产生温度裂缝。,15,因混凝土材料原因产生的裂缝 -胶凝材料水化热,水泥用量在300kg/m3左右时，温度上升为3040左右。,16,在实际结构中，内部因水化热产生蓄热的同时，构件表面还产生放热，使得构件温度经上升后再下降。,17,构件的最小尺寸大于800mm时，通常可认为是大体积混凝土 对于大体积混凝土，内部温度较大，构件外周温度较低，内外温差很大，引起内外混凝土膨胀变形差异。 内部混凝土膨胀受到外部混凝土的变形约束，而使构件表面产生裂缝。,
7、18,因混凝土材料原因产生的裂缝 -碱骨料反应产生的裂缝 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。在日本，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。,19,骨料引起的裂缝方面,碱骨料反应引起的裂缝,骨料中含有M
8、gO引起的裂缝,20,钢筋锈蚀产生的裂缝,21,使钢筋产生锈蚀的原因有：骨料中含氯化盐；外部进入氯化盐；混凝土碳化；保护层不足；过大的裂缝宽度。 钢筋锈蚀产生体积膨胀可达原体积的数倍，使钢筋位置处的混凝土受到内压力而产生裂缝，并随之剥落。 这种裂缝沿钢筋方向发展，且随着锈蚀的发展混凝土剥离产生空隙，这可从敲击产生的空洞声得到判别。,22,冻融循环产生的裂缝,23,青海某铁路的 桥基座,吉林某水电站的大坝基础结冰冻胀，面板剪裂,24,25,26,27,-塑性沉降裂缝：混凝土浇筑后，在凝结过程中会产生下沉和泌水，下沉量约为浇筑高度的1%。当下沉受到钢筋或周围混凝土的约束也会产生裂缝； -塑性收缩裂
9、缝：混凝土硬化之前产生的收缩； -混凝土的早期收缩开裂：（自收缩、干缩等的组合）。,28,混凝土塑性收缩裂缝成因,在塑性状态时混凝土表面失水过快造成的，常发生在混凝土板或比表面积较大的墙面上，一般长度大约0.22m，宽度为15mm，从外观分为无规则网络状和稍有规则的斜纹状或反映出混凝土布筋情况和混凝土构件截面变化等规则的形状。 塑性收缩裂缝通常延伸不到混凝土板的边缘，这一点可做为混凝土早期塑性收缩裂缝与混凝土长期干燥收缩裂缝相区别的依据。 很难区别塑性收缩裂缝与塑性沉降裂缝，但如果裂缝的走向与钢筋布置的形状和混凝土构件的几何形状有关，则可以判定沉降在裂缝的形成过程中起了一定的作用。,29,（1
10、）减少混凝土表面水的蒸发速度。尤其在夏季高温、多风天气时。 （2）尽量避免或减少用硅灰和高细度的矿渣。 （3）养护前注意及时进行表面收光，特殊情况下应当进行多次收光。 （4）及时养护。尽早进行覆盖，保湿养护和洒水养护。,工程中预防塑性收缩的措施,30,夏季高温季节浇注的混凝土路面防裂措施,在进行配合比设计时，要考虑到夏季混凝土稠度的变化，最好采用缓凝剂，降低各种物料温度。 尽量在每日较低温度时施工混凝土路面。施工中如遇过大的热风，可设立防风墙，以降低吹到混凝土表面的风力，减少水分蒸发量；增加遮阳设备，从而防止表面收缩裂缝。 做好养生工作。采用塑料薄膜、喷洒养生剂。 尽量缩短施工到保温养生的间歇
11、时间，从拌合到运输、摊铺抹面、压槽、养生等工序要紧密衔接。,31,泵送（商品）混凝土的塑性开裂,当环境温度高、风速大而且干燥，泵送混凝土的水分挥发迅速，泌水和毛细管提升水的综合作用还低于水的挥发作用时，混凝土表层脱水速度远大于混凝土内层提供水的速度，造成了混凝土面层体积收缩大，若这时混凝土还未产生足够的强度，则在混凝土表面产生塑性收缩裂缝。 商品混凝土因运输距离长，为防止流动性损失过大，常常加入缓凝剂、保塑剂等，更增加了形成塑性收缩裂缝的可能。 因混凝土的坍落度大，对模板的侧向压力也大，使模板容易发生变形也会形成塑性裂缝。,32,减少塑性收缩的措施,混凝土配合比 使用高效减水剂降低混凝土单方用
12、水量，并适当采用偏粗的中砂。 加入引气剂，切断毛细管可以减少水分的挥发，而且引气剂对泵送混凝土工作性的改善也十分有利，是降低混凝土塑性裂缝的有效措施。 掺入优质粉煤灰降低混凝土的泌水和干燥收缩值。 在满足强度条件下，尽可能减少水泥用量，尽可能不用矿渣水泥以利于降低泌水量。,33,改善施工混凝土构件的外界条件 防止混凝土成型后在烈日下暴晒，加设临时遮阳棚或挡风墙，有利于降低混凝土表面的温度和混凝土表面的风速。 在未浇筑混凝土前，对模板进行预湿。 施工措施 在施工时，尽量缩短浇筑与开始养护的时间差。 及时覆盖塑料薄膜或喷施混凝土养护剂。 及时复振。,34,小 结,高强砼与普通砼相比： 早期总收缩大
13、 弹性模量高 徐变对应力的松弛能力小 水灰比低, 微结构致密 早期收缩开裂趋势明显大于普通混凝土 收缩开裂影响因素的分析模型,试验结果及分析,高强混凝土与普通混凝土收缩开裂的对比研究,35,UEA-H膨胀剂能起到很好的满足补偿收缩效果，有效地降低高强混凝土的收缩开裂趋势。,36,减缩剂SRA能显著减小高强混凝 土的收缩，明显降低高强混凝土的 收缩开裂趋势。,37,掺聚丙烯纤维（3d） （体积掺量0.1%） 1d龄期时出现两条微裂缝,基准混凝土（3d） 浇注后8h出现裂缝。,38,掺减缩剂（3d） （总用水量的2.5%）,掺碳纤维（3d） （体积掺量0.25%）,39,一.PP纤维在混凝土中应用
14、的历史,上世纪60年代前期：Goldfein研究用合成纤维作水泥砂浆增强材，发现尼龙、聚丙烯（PP）与聚乙烯纤维有助于提高砂浆的抗冲击性。 上世纪70年代初：美、英等国开始将PP单丝纤维用于混凝土制品与工程中。d=0.220.25mm， Vf=0.5%。 上世纪70年代中期：美国成功开发出聚丙烯膜裂纤维。 d2mm的束状纤维，分裂后的单丝 d=4862m，掺量降至0.1%0.2%。,40,上世纪80年代初：美国通过表面处理技术开发成功可均匀分布于混凝土中的单丝PP纤维。 d=2362m， 掺量降至0.05%0.2%。 一般Vf=0.1%。 上世纪90年代：美国、加拿大等国已在混凝土工程中广泛使
15、用加有低掺率PP纤维的预拌混凝土。至2000年美国所用混凝土中合成纤维（PP+尼龙）混凝土占到7%，钢纤维混凝土只占3%。 我国在上世纪90年代中期开始在混凝土工程中使用PP纤维（进口+国产）。,41,二、PP纤维与钢纤维作混凝土增强材的特点,42,五、结 论,1. 与钢纤维相比较，PP纤维主要特点是密度小、直径小与杨氏模量低；PP纤维以低体积率均布于混凝土中时，即可获得较小的S值和较大的N值。 2. 低掺率PP纤维使混凝土坍落度稍有下降，但其工作性仍然可满足泵送与浇注的要求。 3. 低掺率PP纤维对混凝土的抗压、抗拉与抗折强度均无明显的影响。,43,五、结 论,4. 低掺率PP纤维在塑性与硬化的纤维混凝土中均起明显的阻裂作用，可显著降低混凝土基体中裂缝的数量与尺度，并可因此提高混凝土的收缩变形、抗渗性、抗冻性、抗氯离子渗透性等性能。 5. 低掺率PP纤维可明显提高混凝土的韧性与抗冲击性。,
