土木工程本科毕业论文61280.docx

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土木工程本科毕业论文61280

混凝土裂缝的成因和控制

摘要

混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题。

本文从设计、材料、配合比、施工现场养护等方面对混凝土工程中常见的一些裂缝的成因进行了分析探讨。

针对混凝土裂缝产生的原因，在混凝土结构设计、混凝土材料选择、配合比优化、以及施工现场的养护等方面提出了控制裂缝发展的措施。

依据相关文献，并总结了混凝土裂缝的处理方法：

表面处理法、填充法、灌浆法、结构补强法、混凝土置换法、仿生自愈合法等。

关键词：

混凝土；裂缝；成因；控制；

Causesandcontrolofcracksinconcrete

ABSTRACT

Theproblemoftheconcretecrackisacommonanddifficulttosolvepracticalengineeringproblem.

Inthispaper,fromthedesign,material,mixratio,constructionsitemaintenanceandothercausesofcommoncracksinconcreteengineeringarediscussed.Reasonsforconcretecracks,theconcretestructuredesign,materialselection,concretemixdesign,andconstructionsitemaintenanceandotheraspectsofthedevelopmentofthecrackcontrolmeasures.

Accordingtotherelatedliterature,andsummarizedthetreatmentmethodofconcretecrack:

surfacetreatmentmethod,fillingmethod,groutingmethod,structuremethodofreinforcement,concretereplacementmethod,bionicself-healing.

Keywords:

concrete;crack;cause;control;

中文摘要I

英文摘要II

一、概述1

1.1课题的提出1

1.2本论文的研究内容1

1.3本论文的研究方法1

二、裂缝的成因3

2.1设计原因3

2.2材料原因3

2.3混凝土配合比设计原因4

2.4施工及现场养护原因4

2.5使用原因（外界因素）4

三、裂缝的控制措施6

3.1设计方面6

3.1.1设计中的‘抗’与‘放’6

3.1.2尽量避免结构断面突变带来应力集中6

3.1.3采用补偿收缩混凝土技术6

3.1.4设计上要注意容易开裂部位6

3.2材料选择7

3.3混凝土配合比设计7

3.4施工方面8

3.4.1模板的安装及拆除8

3.4.2混凝土的制备8

3.4.3混凝土的运输9

3.4.4混凝土的浇筑9

3.4.5混凝土的养护9

3.5管理方面10

3.6环境方面10

四、混凝土裂缝的处理方法11

4.1混凝土裂缝的处理方法11

4.1.1.表面处理法11

4.1.2填充法11

4.1.3灌浆法11

4.1.4.结构补强法11

4.1.5混凝土置换法11

4.1.6仿生自愈合法11

五、结论12

5.1混凝土裂缝产生原因12

5.2混凝土裂缝的控制措施12

5.3混凝土裂缝的处理方法12

六、结语13

致谢14

参考文献15

一、概述

1.1课题的提出

混凝土结构工程的裂缝，是一个带着有普通性被工程界很为关注的问题。

有些裂缝的继续扩展可能危及结构安全，因为结构的最终破坏往往是从裂缝开始的，成为结构的破坏的先兆，这主要是指荷载产生的裂缝；有些裂缝的出现造成工程渗漏，影响正常使用，是钢筋锈蚀，保护层剥落，降低混凝土强度，严重损害工程耐久性，缩短工程使用寿命，这主要是指变形产生的裂缝；还有耦合作用下的裂缝和碱骨料反应膨胀应力引起的裂缝及冻融引起的裂缝。

同时较大的结构裂缝，也为人的观瞻难以接受，造成恐惧心理压力，影响建筑美观，为装修造成困难。

由于产生裂缝的微观与宏观机理的复杂性、动态变化性，它也是困扰工程技术人员一个技术难题。

1.2本论文的研究内容

本论文研究混凝土裂缝成因分别从以下几方面着手研究：

1.设计原因

2.材料原因

3.混凝土配合比设计原因

4.施工及现场养护原因

5.使用原因

针对混凝土裂缝成因的分析以下几方面采取控制措施：

1.设计方面

2.材料选择

3.混凝土配合比设计

4.施工方面

5.管理方面

6.环境方面

1.3本论文的研究方法

资料收集与调研方案

资料、数据整理，统计分析

运用相关理论与技术进行分析

与相关实体工程结合，进行分析研究

分析混凝土产生裂缝具体原因

针对原因提出相应的措施

在工程中应用并验证

成果总结，编制报告

图1.1技术研究路线

二、裂缝的成因

裂缝产生的形式和种类很多，有设计方面的原因，但更多的是施工过程的各种因素组合产生的，要根本解决混凝土中裂缝问题，还是需要从混凝土裂缝的形成原因人手。

正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效地控制和减少混凝土裂缝产生的最有效的途径。

裂缝原因是设计、施工、材料、环境及管理等相互影响的综合性问题，解决裂缝控制问题应当采取综合方法。

由六项主要因素组成的控制链见图2.1。

结构材料

施工工程结构裂缝控制链地基

环境裂缝处理

图2.1工程结构裂缝控制链

2.1设计原因

1.设计结构中的断面突变而产生的应力集中所产生的构件裂缝。

2.设计中对构件施加预应力不当，造成构件的裂缝（偏心、应力过大等）。

3.设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝（如墙板、楼板）。

4.设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形。

5.设计中采用的混凝土等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利。

6.菏载收缩，使用环境温度变化，管线配置不当，保护层厚度不足，抗温度收缩配筋不足。

2.2材料原因

1.粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。

集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生。

2.骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单方用灰量、用水量增多，收缩量增大。

3.混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩。

4.水泥品种原因，矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大。

5.水泥等级及混凝土强度等级原因：

水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。

混凝土设计强度等级越高，混凝土脆性越大、越易开裂。

2.3混凝土配合比设计原因

1.设计中水泥等级或品种选用不当。

2.配合比中水灰比（水胶比）过大。

3.单方水泥用量越大、用水量越高，表现为水泥浆体积越大、坍落度越大，收缩越大。

4.配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差，导致混凝土离淅、泌水、保水性不良，增加收缩值。

5.配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当。

2.4施工及现场养护原因

1.现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生。

2.拌和不均匀（特别是掺用掺合料的混凝土），搅拌时间不足或过长，拌和后到浇筑时间间隔过长，易产生裂缝。

3.连续浇筑时间过长，接茬处理不当，易产生裂缝。

4.高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值大。

5.对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，易产生表面收缩裂缝。

6.大体积混凝土浇注，对水化计算不准、现场混凝土降温及保温工作不到位，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，混凝土产生温度裂缝。

7.现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。

2.5使用原因（外界因素）

1.构筑物基础不均匀沉降，产生沉降裂缝。

2.野蛮装修，随意拆除承重墙或凿洞等，引起裂缝。

3.周围环境影响，酸、碱、盐等对构筑物的侵蚀，引起裂缝。

4.意外事件，火灾、轻度地震等引起构筑物的裂缝。

5.结构构件各区域温度、湿度差异过大。

三、裂缝的控制措施

3.1设计方面

3.1.1设计中的‘抗’与‘放’

在建筑设计中应处理好构件中‘抗’与‘放’的关系。

所谓‘抗’就是处于约束状态下的结构，没有足够的变形余地时，为防止裂缝所采取的有力措施，而所谓‘放’就是结构完全处于自由变形无约束状态下，有足够变形余地时所采取的措施。

设计人员应灵活地运用‘抗一放’结合、或以‘抗’为主、或以‘放’为主的设计原则。

来选择结构方案和使用的材料。

合理设置伸缩缝和后浇带同一材料的收缩和膨胀线性系数为一定值时，其面积越大、体形越大，那么收缩或温差应力引起的变形及产生裂缝的可能性就越大。

因此，合理设置长体形建筑的伸缩缝是控制混凝土温差变形裂缝的一项有效措施。

设计人员必须严格执行各类规范，在其规定的最大间距内设置伸缩缝，并应根据当地实际环境气候及具体工程结构特点适当减小伸缩缝的间隔，以有效防止混凝土结构的温差裂缝。

后浇带是当建筑体形较大、高度差较大以及不规则形状时，通常又不便设置伸缩缝，为了防止混凝土因沉降、收缩和温差的变形产生裂缝，而特别浇筑的一种混凝土结构。

设计施工图时应该注意合理位置预留后浇带，并明确提出施工中的注意事项。

3.1.2尽量避免结构断面突变带来应力集中

如因结构或造型方面原因等而不得以时，应充分考虑采用加强措施。

3.1.3采用补偿收缩混凝土技术

在常见的混凝土裂缝中，有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。

要解决由于收缩而产生的裂缝，可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩，实践证明，效果是很好的。

3.1.4设计上要注意容易开裂部位

根据调查，各类结构的易裂部位如下：

1.框架机构和剪力墙结构房屋中的现浇混凝土楼板易裂部位

（1）房屋平面体形有较大凹凸时，在凹凸交接处的楼板；

（2）两端阳角处及山墙处的楼板；

（3）房屋南面外墙设大面积玻璃窗时，与南向外墙相邻的楼板；

2.框架结构房屋中的框架梁在以下部位易出现裂缝

（1）顶层纵向和横向框架梁的截面上部区域；

（2）长度较长的端部或中部纵向框架梁；

（3）横向框架梁截面中部。

3.剪力墙结构房屋中在以往部位易出现裂缝

（1）端山墙；

（2）开间内纵墙；

（3）顶层和底层墙体；

（4）长度较大（＞10m）的墙。

4.当冬季停工春季再继续施工时，地下室在以下部位易出现裂缝

（1）地下室顶板；

（2）地下室的窗上墙和窗下墙。

对以上易出现裂缝的部位，目前在设计中通常采用了“放”、“抗”或“抗放结合”的控制裂缝措施，工程经验表明在于材料、施工等部位密切配合的情况下，可取得较好的效果。

5.适当的增大板厚和构件配筋率在钢筋混凝土结构中，钢筋对于抵抗和控制收缩和温差变形而产生的裂缝，发挥着主导作用。

现行规范中除了对混凝土构件的纵向配筋规定了最小配筋率外，还规定当温度等因素对结构产生较大的影响时，需要适当增加构件的配筋率。

我国一些地方夏、秋季昼夜温差很大，热胀冷缩的不断循环是造成混凝土结构产生温差裂缝的主要原因。

部分工程实践表明，往往裂缝较多的构件，其配筋率较小，因此设计人员对此应该予以重视，在设计时要充分考虑工程所出区域的气候特点和建筑物的不同部位（如外露构件），适当的增大构件的配筋率。

常见的收缩和温差裂缝与楼面板、屋面板的厚度有关，如果设计时只计算竖向荷载而未考虑温差和收缩变形对楼板的影响，特别是对屋面板和框架平面以外板件的影响，而采用了较薄的板件，则难以避免在温差和收缩应力反复作用下使结构产生裂缝。

另外，楼板厚度不够的情况下，施工偏差会影响到钢筋保护层厚度和负弯矩的有效高度而产生裂缝。

如果工程中的楼板暗埋管线比较多，也会直接影响板厚度，沿管线走向会产生集中应力而导致裂缝。

为此，无论计算结果如何，即使板件跨度较小，也应该采取板厚≥100mm，且在温差影响大的重点部位使板面负筋双向通长。

建筑物两端楼梯间处的楼板平面刚度较小，容易产生裂缝，裂缝通常平行于板的长边并贯通梁侧。

设计控制方法是加厚该处的楼板厚度，板面的负筋除了满足计算配筋要求之外，还应配置≥Φ8@200双向通长钢筋，梁两侧加设纵向构造腰筋。

楼板四大角裂缝。

产生的原因是荷载、收缩及温差产生的应力向四角迭加成为剪力汇集区而引起的裂缝，一般呈45°角，距板角约600mm～1200mm，常为上下贯通。

设计控制方法是除了满足计算配筋要求之外，在整块板的跨度范围内增设双向Φ6或Φ8@200钢筋网，且四角加密。

（3）框架柱网外的悬挑梁板处的裂缝一般平行于板的短边并贯通封口梁侧。

产生的主要原因是该位置的构件受外界温差影响产生较大的变形应力，因此外露梁板是温差裂缝的多发区域。

设计控制方法是在板面长度方向构造筋Φ8@200通长。

屋面板是收缩及温差变形裂缝产生较多的地方，因此所有板的负弯矩筋不应切断。

3.2材料选择

1．根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级，尽量避免采用早强高的水泥。

2．选用级配优良的砂、石原材料，含泥量应符合规范要求。

3．积极采用掺合料和混凝土外加剂。

掺合料和外加剂目标已作为混凝土的第五、六大组份，可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用。

4．正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法。

对膨胀剂应充发考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果。

应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。

砂石率的选择:

适当砂石率的选择对控制混凝土的裂缝有积极作用，混凝土的干燥收缩随砂石率的增大而增大。

由于砂石率减小使粗骨料含量增大，在相同的条件下混凝土的弹性模量较高，收缩量较小，而且由于粗骨料对收缩的约束作用，可减少开裂的可能。

使用粗骨料，尽量选用粒径较大，级配良好的粗骨料，在厚大无筋或少筋的大体积混凝土中，掺总量不超过20%的大石块，减少混凝土的用量，以达到节省水泥和降低水化热的目的。

选用中低水化热水泥，可使水泥在拌和过程中水化热释放较小，用以减少混凝土升温，如选用矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥、普通硅酸盐非早强型水泥。

充分利用混凝土后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。

采用混凝土双掺技术，即在混凝土中加入优质粉煤灰，掺入的量一般为水泥用量的20%左右，掺入缓凝型减水剂，用量为水泥用量的1.0%左右。

通过采用双掺技术，来减少水泥用量，从而降低水化热并使混凝土在常温下延长初凝时间。

加入UEA或AEA膨胀剂，用量为水泥用量的14%左右，使混凝土在凝固过程中不产生收缩，还可以提高混凝土自身的防水能力。

3.3混凝土配合比设计

1.混凝土配合比除应按《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55的规定，根据要求的强度等级、抗渗等级、耐久性及工作性等进行配合比设计外，其配制的混凝土还应符合4.3.2-4.3.10的规定。

2.干缩率。

混凝土90d的干缩率易小于0.06%。

3.坍落度。

在满足施工要求的条件下，尽量采用较小的混凝土坍落度；基础、梁、楼板、屋面用的混凝土坍落度易小于120mm，柱、墙用的混凝土坍落度宜小于150mm；混凝土采用泵送时，高层建筑用的混凝土坍落度根据泵送高度宜控制在180mm左右，多层及高层建筑底部的混凝土坍落度宜控制在150mm。

4.用水量。

不宜大于170kg/m3。

5.水泥用量。

普通强度等级的混凝土宜为270-450千克每立方米，高强混凝土不宜大于550千克每立方米。

6.水胶比。

应采用适当较小的水胶比。

混凝土水胶比不已大于0.60。

7.砂率。

在满足工作性要求的前提下，应采用较小的砂率。

8.配合比设计人员应深入施工现场，依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况，合理选择好混凝土的设计坍落度，针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比，协助现场搞好构件的养护工作。

3.4施工方面

3.4.1模板的安装及拆除

1.模板及其支架应根据工程结构形式、荷载大小、地基土类别、施工程序、施工工具和材料供应等条件进行设计。

模板及其支架应具有足够的承载能力、刚度和稳定性，能可靠地承受浇筑混凝土的自重、侧压力、施工过程中产生的荷载，以及上层机构施工时产生的荷载。

2.安装的模板须构造紧密、不漏浆、不渗水，不影响混凝土均匀性及强度发展，并能保证构件形状正确规整。

3.安装模板时，为确保保护层厚度，应准确配置混凝土垫块和钢筋定位器等。

4.模板的支撑立柱应置于坚实的地面上，并应具有足够的刚度、强度和稳定性，间距适度，防止支撑沉陷，引起模板变形。

上下层模板的支撑立柱应对准。

5.模板及其支架的拆除顺序及相应的施工安全措施在制定施工技术方案时应考虑周全。

拆除模板时，不应对楼层形成冲击荷载。

拆除模板及支架应随拆随清运，不得对楼层形成局部过大的施工荷载。

模板及其支架拆除时混凝土结构可能尚未形成设计要求的受力体系，必要时应加设临时支撑。

首先，要增加技术含量，加强技术管理。

技术是贯彻整个施工工艺流程的重要工作。

在混凝土浇筑施工过程中的施工技术至关重要，可以影响到整个工程的质量及安全。

因此，技术管理在施工中具有重要作用。

要建立技术交底责任制，并加强施工质量检验、监督和管理，从而提高质量：

严格依照施工技术规范及质量标准进行检验，建立健全质量检测机构和检验制度。

其次，实行全面的质量管理，全面提高工程质量。

在全面质量管理中，质量和全部管理目标的实现有关，它把过去的以事后检验和把关为主转变为以预防为主；从过去的就事论事、分散管理，转变为以系统的观点为指导进行全面的综合治理，突出以质量为中心，围绕质量开展全员的工作，从而提高工程质量。

6.底模及其支架拆除时的混凝土强度应符合设计要求；当无设计要求时，混凝土强度应符合表3.1的规定

表3.1底模拆除时的混凝土强度要求

构件类型

构件跨度/m

达到设计混凝土立方体抗压强度标准值的百分率/%

板

≤2

＞2，≤8

＞8

≥50

≥75

≥100

梁、拱、壳

≤8

＞8

≥75

≥100

悬臂构件

—

≥100

3.4.2混凝土的制备

1.应优先采用预拌混凝土，其质量应符合《预拌混凝土》GB/T14902的规定进行外，对品质、种类相同的混凝土，原则上要在同一预拌混凝土厂订货。

如在两家或两家以上的预拌混凝土厂订货时，应保证各预拌混凝土厂所用主要材料及配合比相同，制备工艺条件基本相同。

2.施工者要事先制定好关于混凝土制备的技术操作规程和质量控制措施。

3.4.3混凝土的运输

1.运输混凝土时，应能保持混凝土拌和物的均匀性，不应产生分层离析现象，运送容器应不漏浆，内壁关滑平整，具有防晒、防风、防雨雪、防寒设施，并宜快速运输。

运送频率，应保证混凝土施工的连续性。

2.运输车在装料前应将车内残余混凝土及积水排尽。

当需在卸料前补掺外加剂调整混凝土拌和物的工作性时，外加剂掺入后运输车应进行快速搅拌，搅拌时间应由实验确定。

3.运至浇捣地点混凝土的坍落应符合要求，当有离析时，应进行二次搅拌，搅拌时间应由实验确定。

严禁向运输到浇筑地点的混凝土中任意加水。

4.由搅拌、运输到浇筑入模当气温不高于25℃时，持续时间不宜大于90min，当气温高于25℃时，持续时间不宜大于60min。

当混凝土中掺加外加剂或采用快硬水泥时，持续时间应由实验确定。

3.4.4混凝土的浇筑

1.为了获得匀质密实的混凝土，浇筑时要考虑结构的浇筑区域、构件类别、钢筋配置状况以及混凝土拌和物的品质，选用适当机具与浇筑方法。

2.浇筑之前要检查模板及其支架、钢筋及保护层厚度、预埋件等的部位、尺寸，确认正确无误后，方可进行浇筑。

同时，还应检查对浇筑混凝土有无障碍，必要时予以修正。

3.制定施工方案时应考虑工程情况和实际工作能力，使各环节的施工能力应与混凝土的一次浇筑量相适应，必要时混凝土的连续浇筑。

对现场浇筑的混凝土要进行监控，运抵现场的混凝土坍落不能满足施工要求时，可采取经实验确认的可靠方法调整坍落度，严禁随意加水。

在降雨雪时不宜在露天浇筑混凝土。

振捣控制

采取正确的振捣方式不正确的振捣方式造成混凝土分层离析、表面浮浆而使混凝土面层开裂或造成混凝土砂浆大量向低处流淌，致使混凝土产生不均匀沉降收缩，在结构厚薄交界处出现裂缝。

振捣混凝土的过程中，对较薄混凝土楼板，严禁以拖拉方式振捣，严禁以铁锹拍打混凝土的方式代替振捣工作，振捣要均匀，既不漏振、过振也不欠振，严格控制振捣时间。

二次振捣和多次抹面根据商品混凝土的特点，做好二次振捣和多次抹面，让塑性沉降裂缝和干缩裂缝及时得到愈合。

4.

5.浇筑墙、柱等较高构件时，一次浇筑高度以混凝土不离析为准，一般每层不超过500m，捣平后再浇筑上层，浇筑时要注意振捣到位时混凝土充满端头角落。

3.4.5混凝土的养护

1.养护是防止混凝土产生裂缝的重要措施，必须充分重视，并制定养护方案，派专人养护工作。

2.混凝土浇注完毕，在混凝土凝结后即须进行妥善的保温、保湿养护，尽量避免急剧变化、振动以及外力的扰动。

3.浇筑后采用覆盖、晒水、喷雾或用薄膜保湿等养护措施；保温、保湿养护时间，对硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d；对掺用缓凝型外加剂或抗渗要求的混凝土，不得少于14d。

4.底版和楼板等平面结构构件，混凝土浇筑收浆和抹压后，用塑料薄膜覆盖，防止表面水份蒸发，混凝土硬化至可上人时，可揭去塑料薄膜，铺上麻袋或草帘，用水浇透，有条件时尽量蓄水养护。

截面较大的柱子，宜用湿麻袋围裹喷水养护，或用塑料膜围裹自生养护，也可涂刷养护液。

混凝土浇捣后，之所以能逐渐凝结硬化，主要是因为水泥水化作用的结果，而水化作用则需要适当的温度和湿度条件，因此为了保证混凝土有适宜的硬化条件，使其强度不断增长，必须对混凝土进行养护。

混凝土的养护目的，一是创造各种条件使水泥充分水化，加速混凝土硬化：

二是防止混凝土成型后暴晒、风吹、寒冷等条件而出现的不正常收缩、裂缝等破损现象。

养护是防止混凝土产生裂缝的重要措施，必须充分重视，并制定养护方案，派专人养护工作。

混凝土的养护基本要求：

混凝土浇注完毕，在混凝土凝结后即须进行妥善的保温、保湿养护，尽量避免急剧变化、振动以及外力的扰动。

浇筑后采用覆盖、晒水、喷雾或用薄膜保湿等养护措施；保温、保湿养护时间，对硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d；对掺用缓凝型外加剂或抗渗要求的混凝土，不得少于14d。

底板和楼板等平面结构构件，混凝土浇筑收浆和抹压后，用塑料薄膜覆盖，防止表面水分蒸发，混凝土硬化至可上人时，可揭去塑料薄膜，铺上麻袋或草帘，用水浇透，有