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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n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）n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。n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：0.10.2mmn原则与态度： 防 、 放 、 抗 、 补混凝土开裂的基本原理n混凝土是一种
2、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。n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。n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n按裂缝的深度：表层裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝n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n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n荷载裂缝 20 与设计和结构受力有关n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 （2）沉降裂缝n裂
3、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 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）
4、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
5、、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n1、设计方面的措施n2、混凝土原材料、配合比方面的措施n3、施工方面的措施n又分为：n普通措施n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、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
6、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）n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）n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n低热水泥；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n加强湿养护；加入10%饱水
7、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）n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、
8、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n高钙粉煤灰的特征n高钙粉煤灰的利弊n高钙粉煤灰的利用n高钙粉煤灰与膨胀剂的复合问题膨胀剂的正确使用问题1n补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
9、性。膨胀剂的正确使用问题2n选择优质高效膨胀剂n掺量及配合比合理n构造与配筋合适n养护尤其重要高强混凝土的裂缝控制n高强混凝土的温度应力、自收缩与开裂n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n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n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。n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）
10、。n膨胀补偿收缩.补偿收缩混凝土C60C60高强泵送膨胀混凝土的性能（无高强泵送膨胀混凝土的性能（无BFSBFS） HPEC HPEC的力学性能和膨胀行为的力学性能和膨胀行为掺磨细矿渣掺磨细矿渣C C6060高强泵送膨胀混凝土的性能高强泵送膨胀混凝土的性能 HPECHPEC膨胀与强度发展的协调性膨胀与强度发展的协调性nC60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”。n掺加磨细矿渣后，未发现自收缩现象，掺磨细矿渣的高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
11、土的限制膨胀率。n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。HPECHPEC膨胀与强度发展的协调性膨胀与强度发展的协调性n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。n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、防止开裂的优异特性。裂缝处理方法n
12、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n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n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n有机高分子材料广泛用于实际工程中n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n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n化学灌浆是防水工程的一个重要的领域，主要用于水
13、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n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n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n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n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n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n可用于封闭建筑物的结构裂纹和孔隙中的漏水通道n与水泥一起还可以作为防水
14、抹面材料聚氨酯类灌浆材料n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n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n预聚体常选用TDIn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n稀释剂分为活性和惰性两类用于降低浆体的黏度n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n任何条件下都能与水反应固化不会被水稀释流失n反应活性大，固结体具有良好的弹性和强度n固化过程中会产
15、生二氧化碳气体，气体压力可以进一步将浆液压入裂缝n与土粒粘合力大n黏度可调，固化速度调节方便丙烯酸盐类灌浆材料n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n当一价金属盐作为灌浆材料时，必须加交联剂n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n胶凝体的性质与盐类有关n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n主要用于隧道，下水道，地下建筑的防水堵漏n作为水下接缝剂n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n由环氧树脂，固化剂和稀释剂调配而成n固化剂有碱性，酸性和反应性低聚物三类n一般环氧树脂的粘性较大，所以一般要
16、加入适量的稀释剂n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n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。n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n聚合物浸渍混凝土（polym
17、er 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，然后再通过加热或辐射等方式使混凝土孔隙中的有机物单体产生聚合作用，从而使混凝土和聚合物结合成为一体的一种混凝土n按其浸渍的方法不同，又分为完全浸渍和部分浸渍两种 n浸渍液单体应具有适当的黏度（使浸渍时容易渗入基材内部）、较高的沸点（减少浸渍后聚合过程中的损失）、可聚合等特征，并且单体的玻璃化温度必须超过基材的使用温度n单体形成的聚合物应有较高的强度和较好的耐水、耐碱、耐热、耐老化等特征。常用的单体包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、不饱和聚酯树脂和环氧树脂等。 n聚合物浸渍混凝土制备工艺
18、主要为：基体的干燥抽真空单体浸渍聚合。 n，聚合物是否充满基材的孔隙对聚合物浸渍混凝土的强度和耐久性有很大影响。n浸渍即将基体混凝土制品在常压或压力状态下浸渍在单体中 聚合物混凝土n聚合物混凝土（polymer concrete，简称PC）为由聚合物代替水泥作为胶结材料与集料拌和，浇筑后经养护和聚合而成的混凝土 n目前树脂混凝土的胶结材常用的有环氧树脂、不饱和聚酯树脂、呋喃树脂、脲醛树脂以及甲基丙烯酸甲酯单体、苯乙烯单体等，其中，不饱和聚酯树脂应用较为广泛。 n树脂混凝土的粘度较高，一般需采用机械搅拌，搅拌时间比普通混凝土长。成型可采用振动法、离心法、压轧法、挤压发等工艺。n树脂混凝土的强度一
19、般在60180MPa之间。树脂混凝土的抗冲击性、耐磨损性高于普通混凝土，分别为普通混凝土的68倍 n树脂混凝土具有较高的抗渗性和抗冻性。其吸水率也较低。 n大多数树脂混凝土都耐酸碱和其它腐蚀性介质，但不耐氧化性的酸和有机溶剂。 n聚合物受到紫外线照射后容易老化 聚合物水泥混凝土n聚合物水泥混凝土（polymer cement concrete，简称PCC）或聚合改性混凝土（polymer modified cement concrete，简称PMCC）为将聚合物与水泥复合作为胶结材料与集料拌和，浇筑后经养护和聚合而成的混凝土。 n除掺入聚合物外，聚合物水泥混凝土其它材料和普通混凝土水泥相同 n常用的聚合物有水溶性分散体，水溶性聚合物和液体聚合物n聚合物需进行消泡处理，另外还需掺入稳定剂，防止聚合物乳液与水泥拌和时过早凝结，并保证聚合物与水泥均匀混合。n聚合物水泥混凝土的和易性很好，凝结时间比普通混凝土的长。
