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《混凝土结构早期裂缝控制》

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tumu1474 发表于 2007-7-9 17:34:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
求《混凝土结构早期裂缝控制》
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miss-6 发表于 2007-7-9 18:22:22 | 显示全部楼层

回复 #1 tumu1474 的帖子

欢迎楼主的到来

  1、混凝土结构产生裂缝的原因及控制的必要

  混凝土是一种非均质的复杂多相混相材料,在其微观结构相组成之间主要的结合力是范德华力。因此其抗拉强度远低于抗压强度。当混凝土内部产生拉应力超过其抗拉强度时,就会产生裂缝。因此,混凝土发生开裂的条件就是:在约束下变形产生的拉应力超过实时的抗拉强度,也就是说必须同时考虑三个条件:变形的大小、约束的程度、实时抗拉强度。不受约束的自由变形不会产生应力;抗拉强度足以抵抗所产生的拉应力时则不会开裂。也就是说不能笼统地认为收缩必然开裂。所产生的应力大小和实时的弹性模量有关,和能够松弛应力的徐变有关;是否引起开裂还和混凝土的抗拉强度有关。

  凡是组成良好并经适当捣固和养护的混凝土,只要内部孔隙和裂缝尚未形成相互连接而直达表面的通道,则基本上是水密性的;在使用中,结构的荷载以及大气环境的影响如冷热交替、干湿循环,可使这些内部微裂缝发展并传播,成为环境中侵蚀性介质浸入的通道[1]。早期裂缝控制的意义在于,已有裂缝的扩展比新生成裂缝容易。

  可能引起开裂的变形主要是收缩,影响最大的早期收缩如下:

  干缩:停止养护后,环境相对湿度低于100%,混凝土干缩即开始;在干燥的空气中,收缩会持续进行,甚至在28年后仍能观察到一些变化[2]。对于普通混凝土,28天收缩约40%, 3个月收缩60%左右,180天收缩约70%,1年收缩平均75%,完全收缩的时间可长达20年。完全干缩值为10000微应变,F. M. Lee曾实测到4000微应变[2]。影响收缩的主要因素是骨料的品种和用量。当骨料品种一定时,单方混凝土中骨料用量越大,即浆骨比越小,则干缩越小。骨料的“骨架”作用即在于此。当水泥(或胶凝材料,以下同)用量不变时,水灰比(或水胶比,以下同)越大时,浆骨比越大,干缩也越大。因此混凝土的配合比中应当尽量减小用水量。

  温度收缩:随着水泥实际强度的提高、比表面积的增大,水化热也相应较大,再加上因要求混凝土具有较高早期强度而使用较大的水泥用量,使现在用于厚度为30cm的混凝土构件也需要控制内部温度的变化。混凝土温度每下降15℃时,收缩约150微应变。例如抗压强度约30MPa的混凝土,其弹性模量为约30GPa(按我国结构设计规范),则在约束下可产生弹性拉应力约4.5MPa,而30MPa的混凝土的直接抗拉强度约为2 .7MPa。常有工程中的混凝土拆除模板时就发现已产生裂缝,显然是由温度变形所致。

  自收缩:是在与外界无水分交换情况下因水泥水化消耗浆体内部自身的水分而产生的。自收缩从混凝土初凝就开始产生,在1天以内发展最快,3天以后减慢,此后就发展得很缓慢了。自收缩不同于化学收缩,但由化学收缩引起。化学收缩的原因是水泥和水发生水化反应,产物的固相体积增大,而与反应前水泥与水的体积之和相比则减小,故也称化学减缩。化学收缩在初凝前导致整个体系体积减缩,在初凝后导致体系产生孔隙,而对体系体积无影响;自收缩则导致毛细孔收缩而产生体系的收缩。胶凝材料(包括水泥和活性掺和料)的活性越大、水灰比越低,则自收缩越大。例如根据安明喆的试验[3],w/c=0.36时,3天自收缩约100微应变,而w/c=0.275时,3天自收缩可超过270微应变。

  按目前的标准方法(GBJ82-85)检测水泥或混凝土收缩值,检测不到全部的自收缩值,而是停止养护 (1天或3天)后的干燥收缩和一小部分自收缩值。而所测不到的那部分自收缩值恰恰是影响早期开裂的重要部分。水灰比越低,这部分所占比例越大 [4],而混凝土的总收缩几乎和水胶比无关。在目前大量使用较低水灰比和较大水泥用量的混凝土中,早期收缩最重要的就是温度收缩和自收缩;如果拆模较早而养护不当,则早期还可产生较大的干缩。

  由于近年来混凝土所用的水泥强度高,尤其是早期强度高,混凝土水灰比较低,使混凝土温度变形和自收缩变形较大,即使早期未开裂,已产生的应力未消除,在后期使用阶段有时因外界条件如急剧的温度和湿度的变化,又会有新的应力生成,与已有应力叠加后如果超过混凝土实时的抗拉强度,就有可能在原有不可见微裂缝处扩展成可见的裂缝。因此控制混凝土早期内部的应力尽量减小,才是提高混凝土耐久性最重要的环节。为了减小早期内部应力,就要减小温度变形和自收缩变形,同时尽量避免高早强以降低早期弹性模量,增大早期徐变。

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miss-6 发表于 2007-7-9 18:23:31 | 显示全部楼层
2、混凝土的制备和运输

  混凝土的生产者应当改变只按强度要求购买原材料的观念,而应更关心水泥的抗裂性能以及与抗裂性有关的指标以及含碱量,美国垦务局的Burrows根据现场监测和其他科学家的实验认为即使所用骨料没有碱活性,含碱量超过水泥质量的0.6%时,也会因为促进水泥增大收缩而降低抗裂性,K2O比Na2O的影响更大[5]。更应关心所供应的水泥质量稳定性(对主要性能指标,要求厂方提供其标准差)。水泥的实际强度不应超出标称强度太多,如果考虑储存,则一般要求富余系数约1.13倍即可。如果立即使用,则富余系数为1.10即可。高强度等级的水泥由于比表面积大,强度不易保持。例如某工程C40混凝土使用的42.5硅酸盐水泥,复验28天实际抗压强度可达67Mpa,C60混凝土用52.5水泥,复验28天实际抗压强度则为64Mpa,二者相差无几。这种水泥超强度太多,抗裂性很难控制。此外,购进散装水泥的温度常常很高,甚至可达到90℃,入仓后散热较慢,对混凝土的早期抗裂性不利,需要与水泥厂协商解决,或自行解决配制混凝土前水泥的散热。

  任何工程必须根据本工程原材料、工艺条件、施工水平,选择合适的配合比进行试配,当原材料变化时还要进行调整,不能使用现成的“配方”。

  应根据试配优选的配合比检测混凝土的抗裂性能和收缩值。由于混凝土自收缩在初凝时就开始,即使没有条件检测,也应在终凝后尽早测定初长。试件的养护条件应与现场实际养护条件相当。例如现场构件湿养护7天,则试验试试件也应湿养护或密封养护7天,则7天内所测收缩可包含一部分自收缩值,撤除养护后继续检测的收缩值主要是干缩。除按标准制作检测抗压强度的试件外,要检测1天的抗压强度。有条件时,最好能测定直接抗拉强度,以便控制混凝土内部应力始终低于其抗拉强度。

  重要工程混凝土性能宜在现场制作模拟试件钻心取样进行检测。

  热天施工的混凝土可掺入适量缓凝剂和引气剂,以延迟温峰的出现,并抑制初期强度的发展。但不可过于缓凝,否则可能引起后期的开裂。

  掺用粉煤灰后混凝土拌和物粘聚性增加,达到相同流动度的流动速率减小,但与容器的粘附力下降,而且触变性明显,国内外都有经验表明,大掺量粉煤灰的混凝土拌和物坍落度大于100mm即可泵送[6]。坍落度不要太大,有利于控制裂缝。但这必须有级配和粒形良好的骨料为前提。为了方便浇筑和振捣,对中等强度的混凝土,目前宜控制在140±20mm。坍落度可用减水剂调整。

  热天用的砂石料场应当有棚子以遮盖直射的阳光和雨水,冷天要保温,避免其中的含水结冰。在砂石料场取料时,应取用距底部以上300mm以上的砂石。含水率以饱和面干计,每天检测应不少于两次,如下过雨,则应增加检测次数。

  搅拌机称量装置应定期校核,并经过试验控制下料的冲量。

  运送混凝土拌和物的输送车在装料前,筒体应湿润,但不得积水。
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miss-6 发表于 2007-7-9 18:25:33 | 显示全部楼层
3、混凝土配合比设计


  按耐久性设计应首先满足低渗透性的要求。按工程设计的氯离子扩散系数要求或抗渗性指标确定氯离子扩散系数指标,水胶比一般不大于0.45。

  掺入掺和料时混凝土的水胶比应低于无掺和料的混凝土的水灰比,胶凝材料总量应稍大于设计相同强度等级传统混凝土时的水泥用量,以保证良好的施工性,提高混凝土的耐久性。对不同强度等级的混凝土,在目前我国骨料条件下,胶凝材料总量一般不少于380kg/m3,C50以上混凝土的不大于500kg/m3。

  砂率按混凝土施工性调整。为不严重影响混凝土弹性模量,对现市售的骨料,砂率也不宜大于45%。
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miss-6 发表于 2007-7-9 18:28:34 | 显示全部楼层
4、混凝土浇筑和振捣施工

1)混凝土运到工地后应立即检测坍落度,并尽快浇筑。如发现坍落度不足,不得擅自加水,应当在技术人员指导下用追加减水剂的方法解决。

  2)浇筑温度:夏季浇筑混凝土应降低温度,至少应比当天最高温度气温低10℃。但混凝土浇筑温度太低时,受环境较高温度影响的表面硬化较快,内部温度升高时产生膨胀,会使先硬化的表面受拉而开裂[9]。因此在夏季,不仅要降低浇筑温度,而且要采取措施(例如避免上午浇筑,冷却模板,避免阳光直射于混凝土表面等)避免混凝土表面受气温影响而先于内部硬化。冬季要提高混凝土浇筑温度,则混凝土内部温度高于气温,内部成熟快,产生膨胀时,表面仍有一定塑性,可变形而不裂,而当混凝土降温时,在表面产生压应力,而有利于抗裂。冬季浇筑温度应不低于10℃。

  3) 不同气温度下不同浇筑温度的不同厚度构件的构件在约束条件下最大应力水平和最大温差的关系可参考。控制混凝土的浇筑温度和温差。如果混凝土浇筑温度Ti降低10℃时, 相应地使积聚的拉应变减小约70微应变, 占极限应变相当大的部分。

  4) 在气温高的热天,不宜在上午浇筑,以免在混凝土升温恰值气温最高时而加剧。

  5) 长墙或板的施工缝的间距应视构件尺寸而定。高宽比大于2的墙,上部一般不会出现裂缝,但是应注意分层浇筑时,下层高度要大于上层高度,否则,上层拌和物会增大对与基底接触面的正压力而增加约束应力。混凝土浇筑高度不宜超过2 m,如必须超过,则必须用串筒等辅助下料;每层混凝土一次性布料不宜超过1m。
      6)泵送混凝土下料位置相隔应当小于3m,每层下料位置应当交错
      7)不正确的浇筑顺序会造成可以避免的约束和不均匀的沉降。例如梁和柱或板和墙同时浇筑,会因沉降不匀在交接处产生裂缝,;相反,采取恰当的浇筑顺序会减少开裂,如大面积的板当使用膨胀剂时,采取“跳仓”方式浇筑可减少开裂。所以不同构件浇筑前应认真规划浇筑顺序。
     8) 应当正确进行混凝土拌和物的振捣,使用振捣棒时绝对禁止用振捣棒横拖赶动混凝土拌和物。否则必然造成离下料口远处砂浆过多而开裂。

[ 本帖最后由 miss-6 于 2007-7-9 06:30 PM 编辑 ]
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miss-6 发表于 2007-7-9 18:33:10 | 显示全部楼层
5、混凝土养护

    1)对于板,浇注后立即覆盖,避免塑性开裂。当混凝土表面“收水”过快时,会结成一层硬壳,而内部则凝结变慢。在干燥有风的条件下,硬壳会开裂并脱落。实践证明,如能及时覆盖,就能避免发生这种情况。

   2)尽早开始湿养护。墙、柱等在拆模前应及早松动模板浇水,或是用透水性模板或吸水性模板。
  3)在最小断面大于 30 cm的构件中,早期温度应力引起的开裂常占据往往占大部分(至少60%),因此温度控制很重要。首先应降低浇筑温度。浇筑温度(即浇筑温度)和构件体积与面积之的比值和混凝土内部最高温度的关系参见图2[9]。

  4)拆模时间应视混凝土内部温度而定,不能在混凝土内部温度最高时拆模,尤其不能在混凝土内部温度最高时拆模后立即浇凉水,以避免对混凝土产生热震。拆模后注意保温,以避免降温速率太快。

  5)避免间断浇水

  6)混凝土在相对湿度低于100%时开始失去毛细水,在相对湿度低于65%时,开始失去凝胶的吸附水;凝胶越多,体积越不稳定。硬化的混凝土水泥浆体需要有一定量的未水化颗粒稳定其体积。因此浇水周期既要足够,又不宜随意延长。但目前主要矛盾是湿养护不足。

   7)应在混凝土还处于塑性时开始冷却表面。夏季使用钢模板时,可在浇筑时同时向模板表面浇凉水,以推迟混凝土温峰时间,并降低温峰;混凝土内部达到温峰后开始降温是则应控制降温速率,避免在混凝土升温后以后尤其是在温度最高时拆模,更不能立即浇凉水。冬季尽量使用导热系数小的模板,以减小混凝土中心和表面的温差,必要时,应采取灵活保温措施。对于厚度超过30cm的墙、柱、基础地板等中等体积和大体积混凝土结构,夏季施工时应尽量降低入模温度,在混凝土达到温峰前应在模板外(对墙、柱)或覆盖的塑料薄膜上面(向板)浇凉水降温,到达温峰以后的降温阶段应采取保温措施以降低降温速率,必要时可用热水养护。

  8)在混凝土降温阶段应控制降温速率不超过2℃/日。
  9)关于温差的控制,当混凝土内外温差和混凝土表面与大气的温差不大于于15℃时,混凝土就不会开裂。
10)为避免早期裂缝,应尽量控制抗压强度12小时≯6~8MPa,24小时≯10~12MPa
11)掺用大量矿物掺和料时应特别注意保湿养护,养护时间至少需7天。

[ 本帖最后由 miss-6 于 2007-7-9 06:34 PM 编辑 ]
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miss-6 发表于 2007-7-9 18:37:43 | 显示全部楼层
裂缝控制的最后结论

     1)裂缝控制是限制环境中侵蚀性介质进入混凝土结构的第一道防线,控制裂缝尤其是早期裂缝,对保证混凝土结构达到设计要求的耐久性,有重要意义。

  2)裂缝控制需要建设主管∕开发商、设计人员、材料供应商和施工承包商共同的努力,但是施工过程的各环节对混凝土成型质量和裂缝控制尤为重要

  3)除从观念上、计划上改变追求高早强外,尽量控制减小2天内强度增长速率,对竣工时间长的大型工程(如高层建筑的底层结构), 尽量延迟强度验收期限。

  4)配制混凝土时应选用开裂敏感性小的水泥(低C3A、C3S,低碱、低比表面积)、抗裂性好的矿物掺和料(磨细矿渣如掺量小于70%,其比表面积不宜超过400m2/kg。由于当前产品的商业原因,所供应的磨细矿渣一般都为400~450 m2∕kg,则使用时宜与粉煤灰复合使用,或用于水下或地下时掺量大于75%,以减小混凝土由于矿渣过细引起的自收缩和温升:尽量避免使用硅灰,必要使用硅灰时,应与至少30%的大掺量的粉煤灰复合);尽量选用热膨胀系数小的粗骨料(例如与花岗岩相比,石灰岩的热膨胀系数就较小)。提倡使用引气剂。

  5)选用配合比时尽量减小水泥用量和胶凝材料总量(用水量),。除非必需(如自密实混凝土),不追求拌和物的大坍落度。

  6)施工中应重视采取正确的施工浇筑顺序,严格禁止违反操作规程的浇筑和振捣方式,重要工程应有在线测定混凝土温度和应力的措施,根据实测结果调整养护措施。夏季要注意降低混凝土入模温度,并尽量提前在混凝土处于塑性的阶段开始采取降温措施,避免横跨断面的温差,;在混凝土降温阶段,无论夏季、冬季,都要注意采取合理保温制度,避免混凝土内部降温太快。避免拆模时产生热冲击。要尽早开始湿养护,并避免间断浇水,不得在混凝土内部温度达高峰时开始浇水。湿养护周期要足够。

  7)提倡混凝土供应商和施工承包商联合实行混凝土的生产、浇筑、养护(包括温湿度控制)等一体化的施工。这不仅有利于裂缝的控制,也有利于施工质量的控制,应当是建筑工业集约化生产的方向,建设主管或开发商应当支持这一措施,并在经济政策上作相应的调整。
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miss-6 发表于 2007-7-9 18:40:19 | 显示全部楼层
:) 完毕,如有不对的地方望专家多指点
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Jimmy 发表于 2007-7-9 19:59:24 | 显示全部楼层
谢谢 miss-6 版主的解答!献花!
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miss-6 发表于 2007-7-9 20:16:42 | 显示全部楼层
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bdks 发表于 2007-7-10 08:46:40 | 显示全部楼层
研究研究miss-6 超女的资料。先献花了

楼主你要的是不是这个资料。

http://www.eswnman.com/dzcn/viewthread.php?tid=2943

[ 本帖最后由 bdks 于 2007-7-10 08:47 AM 编辑 ]
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 楼主| tumu1474 发表于 2007-7-13 17:01:46 | 显示全部楼层
感激不尽
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yun2008s 发表于 2008-1-14 00:28:25 | 显示全部楼层
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michaelshu 发表于 2008-1-17 14:32:21 | 显示全部楼层
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yuehanwei 发表于 2009-3-24 14:20:17 | 显示全部楼层
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beimingdashao 发表于 2009-4-29 12:56:46 | 显示全部楼层
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ztx114789 发表于 2009-5-14 10:36:32 | 显示全部楼层
回去慢慢读,先顶一下!
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taosye 发表于 2009-6-12 16:15:30 | 显示全部楼层
很好,美女的精彩提文,bdks专家的好資料,thanks
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吉米 发表于 2013-6-6 10:29:55 | 显示全部楼层
观看中  
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xyzxyz 发表于 2014-1-19 13:29:55 | 显示全部楼层
顶你一下.  
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zlz1999 发表于 2021-4-16 14:15:54 | 显示全部楼层
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