土木工程材料混凝土的开裂与裂缝控制.pptxVIP

土木工程材料混凝土的开裂与裂缝控制第1页/共161页第2页/共161页第一部分 混凝土开裂的基本原因 水泥混凝土易于开裂现象的本质，在于其粒子与粒子之间仅存在弱物理键的相互作用，抗拉强度比抗压强度要小一个数量级甚至更多，断裂能仅约为102J/m2量级 ，而其微结构的不均匀性，以及在硬化早期因多方面原因造成的损伤、微裂缝和拉应力，进一步使它易于开裂，且出现裂缝时间和部位呈现随机性。第3页/共161页第4页/共161页原因一 混凝土拌合物沉降与泌水拌合物坍落度的变化50年代 干硬、插捣0～2 cm60年代 干硬、插捣与低频振捣2～4 cm70年代 塑性、低频振捣5～9 cm 80年代 泵送、流态、高频振捣10～20 cm90年代 泵送、自密实16～25 cm第5页/共161页沉降与泌水 20世纪70年代，曾任日本混凝土学会主席的樋口芳郎做了一个试验：他将坍落度为8cm的拌合物浇注在一透明塑料管内，惊奇地发现在粗骨料下方普遍形成水囊；混凝土硬化后抗弯拉强度明显下降。第6页/共161页可见泌水内泌水骨料水第7页/共161页混凝土表面沉降裂缝钢筋水囊第8页/共161页混凝土沉降形成的缝隙混凝土钢筋第9页/共161页易于出现沉降与泌水现象的其他因素： 早期：低气温季节浇注混凝土； 矿渣水泥中矿渣的粉磨细度较粗； 近年：外加剂－水泥相容性； 水泥可溶碱含量过低； 拌合物的保水性。 第10页/共161页原因二 混凝土的体积变形 1)塑性收缩 2)干湿变形 3)温度变形 4)自生变形第11页/共161页1）塑性收缩 指新拌混凝土浇注后尚在塑性状态发生的收缩。特点是当表面水分向外蒸发时引起局部产生应力，因此当蒸发速率大于泌水速率时，会发生局部的塑性收缩开裂。 低水灰比（水胶比）混凝土拌合物体内自由水少，矿物细粉和水化生成物又迅速填充毛细孔，阻碍泌水上升，因此表面更易于出现塑性收缩开裂。第12页/共161页混凝土表面第13页/共161页混凝土表面泌水速率 蒸发速率开裂不同参数影响的差异（摘自“减小早期收缩的方法”－混凝土的收缩2000)第14页/共161页潮湿、干燥与风速(2.5m/s)对收缩的影响第15页/共161页干缩随风速增加而明显增大第16页/共161页相对湿度对干缩的影响(2.5m/s风速;20℃)第17页/共161页气温对收缩的影响(2.5m/s风速；RH40％)第18页/共161页影响蒸发速率的因素1）气温；2）混凝土体温；3）相对湿度；4）风速；5）太阳辐射热； 以上任意两个因素的组合都属于热天混凝土浇注(Hot Weather Concreting)。第19页/共161页可能出现塑性收缩裂缝的混凝土温度与对应的相对湿度混凝土温度（℃）相对湿度（％）40.69037.88035.07032.26029.45026.74023.930 设风速 16km/hr；气温与混凝土温差5.6℃第20页/共161页塑性收缩裂缝第21页/共161页现代高性能混凝土塑性收缩增大主要原因在于高性能混凝土的低水胶比和大掺量矿物细粉的广泛使用。第22页/共161页2）干湿变形 硬化混凝土与周围环境存在湿度梯度，引起水分向外蒸发或吸入，产生体积变形的现象。 第23页/共161页干湿作用的影响 混凝土受干燥作用产生的六个作用是：塑性收缩开裂、体积收缩（干缩）、微裂缝和渗透性增大、水泥-骨料粘结弱化、抗拉强度约降低30%，以及如果再受潮，可能会因为延迟钙矾石生成或受拆散力作用而产生膨胀。Richard W. Burrows. The Visible and Invisible Cracking of Concrete. ACI monograph No:11, 1999.第24页/共161页干湿作用的影响“在调查过程中注意到在主要遭受干燥影响的那些部位劣化最显著……。发生网状开裂的程度主要取决干燥严重程度和混凝土对干燥收缩的易感性。”“劣化……在桥栏杆处最显著。”（栏杆是桥最干燥的部位）“……大多数受影响的混凝土没有任何明显的有害膨胀”（由于ASR）。 Richard W. Burrows. The Visible and Invisible Cracking of Concrete. ACI monograph No:11, 1999.第25页/共161页第26页/共161页干湿作用的影响1966年，宾夕法尼亚州Harrisburg温暖的夏季有过一次干旱，只有48mm的雨水，而不是通常的300mm。在此期间，该州的DOT为使交通升级，建造了319座桥。几年后，Carrier 和Cady（1975年）观察了其中的249座桥面，发现了断裂、破碎、砂浆劣化和横向裂缝，在总长33.8 km的桥面上发现了5425条横向裂缝。第27页/共161页3