混凝土裂縫的原因:混凝土的收縮、混凝土材料及配合比、施工及現場養護原因、使用原因(外界因素)當混凝土收縮時,由于各種原因各個部位收縮不均勻,這樣就產生應力,當切應力大于此時混凝土抗折強度或正應力大于混凝土抗壓強度時,混凝土發生龜裂。
混凝土的收縮收縮分為:
1、塑性收縮:混凝土澆筑后尚未硬化時,水泥水化反應激烈,分子鏈逐漸形成,出現泌水和水分急劇蒸發,混凝土失水收縮,同時骨料因自重下沉。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構件豎向變截面處如箱梁腹板與頂底板交接處,因硬化前沉實不均勻將發生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮,施工時應控制水灰比,避免過長時間的攪拌,下料不宜太快,振搗要密實,豎向變截面處宜分層澆筑。
2、化學收縮:(自生收縮)自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發生水化反應,這種收縮與外界濕度無關,且可以是正收縮,如普通硅酸鹽水泥混凝土,也可以是負收縮(即膨脹),如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土。
3、物理收縮:(干縮)混凝土結硬以后,隨著表層水分逐步蒸發,濕度逐步降低,混凝土體積減小?;炷帘韺铀謸p失快,內部損失慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時,便產生收縮裂縫?;炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構件,鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯,混凝土表面容易出現龜裂裂紋。
4、碳化收縮:大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發生化學反應引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發生,且隨二氧化碳的濃度的增加而加快
影響因素有:
1、集料含量:混凝土產生收縮主要組成是水泥石,增加集料的相對含量即可減少收縮
2、集料的質量:在配合比一定時,采用彈性模值較高的集料,可以減少收縮
3、單位用水量,在混凝土中,水泥與水經水化反應而產生凝膠,凝膠吸濕則膨脹、干燥則收縮。因此單位用水量對混凝土收縮有較大影響
4、相對濕度 周圍介質對相對濕度是影響混凝土收縮的重要因素,相對濕度越小,收縮越大
5、養護方法 延長潮濕養護期,可以推遲混凝土收縮的開始但影響甚微。但是壓力蒸養收縮減小顯著
6、外加劑 不同個劑對混凝土收縮影響不同,其中氧化鈣對混凝土收縮影響最大
在實際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和炭化收縮。
塑性收縮。發生在施工過程中、混凝土澆筑后4-5小時左右,此時水泥水化反應激烈,分子鏈逐漸形成,出現泌水和水分急劇蒸發,混凝土失水收縮,同時骨料因自重下沉,因此時混凝土尚未硬化,稱為塑性收縮。塑性收縮所產生量級很大,可達1%左右。在骨料下沉過程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。在構件豎向變截面處如T梁、箱梁腹板與頂底板交接處,因硬化前沉實不均勻將發生表面的順腹板方向裂縫。為減小混凝土塑性收縮,施工時應控制水灰比,避免過長時間的攪拌,下料不宜太快,振搗要密實,豎向變截面處宜分層澆筑。
縮水收縮(干縮)。混凝土結硬以后,隨著表層水分逐步蒸發,濕度逐步降低,混凝土體積減小,稱為縮水收縮(干縮)。因混凝土表層水分損失快,內部損失慢,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮,表面收縮變形受到內部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時,便產生收縮裂縫?;炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構件(超過3%),鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯,混凝土表面容易出現龜裂裂紋。
自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發生水化反應,這種收縮與外界濕度無關,且可以是正的(即收縮,如普通硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負的(即膨脹,如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土)。
炭化收縮。大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發生化學反應引起的收縮變形。炭化收縮只有在濕度50%左右才能發生,且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。炭化收縮一般不做計算。
混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細,且縱橫交錯,成龜裂狀,形狀沒有任何規律。
研究表明,影響混凝土收縮裂縫的主要因素有:
1、水泥品種、標號及用量。礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高,普通水泥、火
山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標號越低、單位體積用量越大、磨細度
越大,則混凝土收縮越大,且發生收縮時間越長。例如,為了提高混凝土的強度,施工時
經常采用強行增加水泥用量的做法,結果收縮應力明顯加大。
2、骨料品種。骨料中石英、石灰巖、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低;而砂
巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外骨料粒徑大收縮小,含水量大收縮越大。
3、水灰比。用水量越大,水灰比越高,混凝土收縮越大。
4、外摻劑。外摻劑保水性越好,則混凝土收縮越小。
5、養護方法。良好的養護可加速混凝土的水化反應,獲得較高的混凝土強度。養護時保持濕度
越高、氣溫越低、養護時間越長,則混凝土收縮越小。蒸汽養護方式比自然養護方式混凝土
收縮要小
6、外界環境。大氣中濕度小、空氣干燥、溫度高、風速大,則混凝土水分蒸發快,混凝土收縮
越快。
7、振搗方式及時間。機械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時間應根據機械性
能決定,一般以5~15s/次為宜。時間太短,振搗不密實,形成混凝土強度不足或不均勻;時
間太長,造成分層,粗骨料沉入底層,細骨料留在上層,強度不均勻,上層易發生收縮裂縫。
對于溫度和收縮引起的裂縫,增配構造鋼筋可明顯提高混凝土的抗裂性,尤其是薄壁結構(壁厚20~60cm)。構造上配筋宜優先采用小直徑鋼筋(φ8~φ14)、小間距布置(@10~@15cm),全截面構造配筋率不宜低于0.3%,一般可采用0.3%~0.5%。
當砼水灰比降低時,干燥收縮減小,自身收縮增大。當水灰比大于0.5時,其自干燥作用和自身收縮與干縮相比小得可以忽略不計;但當水灰比小于0.35時,體內相對濕度會很快降低到80%一下,自身收縮與干縮則接近1:1。
達到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問題,以最大限度減少開裂影響,成為大體積混凝土。在大體積混凝土中即使水灰比并不低,自身收縮值也不打,但與溫度收縮疊加到一起,就使應力增大,所以在水工大壩施工時就將自身收縮作為一項性能指標進行測定和考慮。
采取預冷拌合物和埋設冷卻水管等措施來控制內外溫差,降低最大溫升,可以有效減小收縮龜裂。溫度變化本身并不能造成開裂,開裂是由于應力超過材料的強度所引起,所以把彈性模量、熱膨脹系數以及松弛能力,包括他們在初期的變化都必須考慮在內。
應對收縮龜裂的方法:
1、降低新拌混凝土的溫度,從25降到12;△Tc=15-18k;
2、采用優質品牌水泥△Tc可達20k;
3、石子最大粒徑用32mm,△Tc=5-10k;
4、骨料線脹系數低,△Tc可達10k;
5、摻引氣劑(含量3-6%),△Tc=3-5k,
6、用碎石比用卵石△Tc3-5k;
7、水泥用量從340改為280,(以粉煤灰等量取代),△Tc=3-5k。
水泥用量150,粉煤灰用量200,摻用高效減水劑,水膠比保持在0.3左右,配制的混凝土工作度良好,28d強度達到約30-40mpa(摻有引氣劑以保證抗凍融循環能力)或50mpa(未摻引氣劑),一年強度接近50-60 mpa(摻有引氣劑以保證抗凍融循環能力)或100mpa(未摻引氣劑)
1. 水膠比決定使用效果。一定范圍內,是混凝土的水膠比,而不是粉煤灰的摻量決定使用效果。粉煤灰混凝土適宜的水膠比在0.40以下。
2. 達到同樣的可泵性,粉煤灰混凝土的坍落度較小。粉煤灰混凝土的坍落度僅70mm就可進行良好泵送。
3. 澆筑后及時覆蓋,一般不要噴霧,尤其不要灑水或浸水養護,可噴灑養護劑。
4. 小試件很難反映實際結構混凝土性能。(實驗室中的標準塊是很難反映大體積混凝土的實際性能