混凝土工程裂缝的研究毕业设计.doc

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郑州大学现代远程教育

毕业设计

题目：

混凝土工程裂缝的研究

入学年月__2011年秋_

姓名_____

学号__11088227089__

专业__土木工程____

学习中心_石家庄学习中心

指导教师______

完成时间2013__年__8__月__20__日

目录

摘要 3

第一章混凝土裂缝的类型及成因 4

一、混凝土因自身特性产生裂缝 4

1、收缩裂缝 4

2、温度裂缝 5

3、塑性收缩裂缝的成因 6

二、化学反应引起的裂缝 6

三、混凝土结构受力裂缝 7

四、施工工艺及流程造成的裂缝 7

第二章混凝土裂缝的预防措施 8

一、严格控制混凝土施工配合比 8

二、严格控制混凝土的温度应力 8

三、做好裂缝计算过 9

四、做好混凝土的浇筑和振捣 9

五、做好后浇带的施工 9

第三章混凝土裂缝的处理措施 9

一、表面修补法 9

二、灌浆、嵌缝封堵法 9

三、结构加固法 9

四、混凝土置换法 10

五、电化学护法 10

六、仿生自愈和法 10

第四章结束语 10

参考文献 11

致谢 12

摘要

混凝土是一种非均匀值脆性材料，由骨料、水泥石以及其中的气体和水组成。

在温度和湿度变化的条件下，硬化并产生体积变化，由于各种材料变化不一致，互相约束而产生初始应力，造成在混凝土内出现微裂缝。

这种微裂缝的分布不规则且不连贯，在荷载或应力作用下，裂缝开始扩展，并逐渐互相贯通，从而出现较大的肉眼可见的裂缝，成为宏观裂缝。

开裂发生的原因可能是原材料的选取与配合比的选择不当、施工方法和措施有误、建筑物所处的条件的影响以及结构不合理等。

混凝土所产生的温度收缩、干燥收缩、不均匀沉降、结构应力集中等都可能或导致混凝土开裂。

在实际工程中，往往是各种因素多重作用引起混凝土开裂。

宽度小于或等于0.05mm的裂缝通常对使用功能无大的危害，叫做无害裂缝；而结构物的有害裂缝不仅会降低力学性能和承载力，而且直接影响结构耐久性，缩短使用寿命。

施工中应采用措施式结构尽量不出现裂缝，或减少裂缝的数量和宽度，特别是避免出现有害裂缝。

国内外对裂缝宽度都有相应的规定，如我国的CCES01—2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，对钢筋混凝土结构的最大允许裂缝宽度就明确规定干湿交替和冻融环境下的一般构件为0.2mm；水中和土中环境为0.3mm。

混凝土由各种收缩引起的裂缝问题一直是混凝土结构物裂缝控制的重点和难点。

关键词：

混凝土裂缝

混凝土工程裂缝的研究

第一章混凝土裂缝的类型及成因

造成混凝土裂缝的原因是多方面的，一般而言，可分为混凝土自身原因和外部原因两大类。

（一）混凝土因自身特性产生裂缝

1、收缩裂缝

收缩裂缝顾名思义其产生的原因就是混凝土硬化后水分蒸发体积上收缩。

从理论上讲，当混凝土在无任何约束自由收缩时，不会产生裂缝。

而在实际工程中，混凝土总是受到各种约束的，如两端的约束、内部配置钢筋的约束等。

由于混凝土收缩过程中受到约束，因而内部产生拉应力，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时，就会产生收缩裂缝。

一般来说，混凝土受到的约束越大，其产生的收缩裂缝越多。

由于混凝土体积收缩时因为水分蒸发、干燥导致的，因此又称为干缩裂缝。

因为混凝土中的水分蒸发通常情况下主要在混凝土浇捣后的硬化过程中和樱花早起一个月左右的时间内完成的，尤其在硬化过程中水分蒸发速率最大；因而，相应地收缩裂缝出现的时间与其相对应，通常情况下，混凝土拆模时收缩裂缝就已基本形成，有时只是因为裂缝太小不易被发觉，之后随着混凝土水分的进一步蒸发，其裂缝就逐渐变大；或者由于产生渗漏时才能会被发觉。

一般情况，几个月以后，混凝土体内多余的水分蒸发已基本完成，混凝土内湿度与环境的湿度基本趋于一致，因而收缩裂缝的大小发展也趋于停止，处于相对稳定状态。

当然，之后还将随着环境湿度和温度的变化略有变化，当环境湿度变大时，混凝土将吸收空气中的水份，而收缩裂缝变小,反之则变大。

另外，还随着温度的变化，混凝土也将产生热胀冷缩现象，裂缝随温度的升高而变小，随温度的降低而变大。

这种变化可分为：

早起体积变化、硬化过程的体积变化、硬化后的体积变化。

如果混凝土的体积变化受到约束，且混凝土自身抵抗这种变形的抗拉性能过低时，就会产生开裂。

可以说，混凝土自身收缩是其固有的物理特性，而由此类原因产生的收缩裂缝，占大多数。

（1）干燥收缩由于水泥混凝土的脱水干燥，其长度或体积会有所减少，称为干燥收缩。

混凝土的干燥收缩主要是由于水泥石的干燥引起的；水泥石的收缩比混凝土大，约为普通混凝土的1d的龄期为基准，相对湿度70%左右的环境下，最终的收缩变形为左右。

影响其干缩变形的主要原因可分为内外两个方面：

内因涉及单方水泥用量、用水量、水灰比、骨料以及构件大小；外因则涉及环境的相对湿度、干燥时间等。

（2）水化收缩水泥和水反应后生成物体积，会比反应前水泥和水的体积有所减小；水化反应的同时，绝对体积也会减小，即产生水化收缩。

（3）混凝土自身收缩所谓自身收缩，是指在外部无水分供应时，水泥浆的骨架形成后，伴随着水泥水化反应的逐步完成，水泥浆中谁被消耗，也会形成弯液面而发生负压，出现的收缩现象。

（4）干湿引发的体积变化硬化后混凝土结构虽然是稳定的，但在水中或高湿度的地方，会有与吸收水而产生膨胀，称为润湿膨胀。

影响其膨胀的主要原因有：

混凝土中的单方用水量、水泥用量、水灰比、骨料及构件的大小、混凝土沁水前的干燥状态以及水中存放期限等。

2、温度裂缝

温差裂缝主要是由于温度差或由于温度变通过混凝土热胀冷缩效应而引起混凝土开裂的。

其中可分为两类。

一类为由于混凝土内部存在一个温度差,从而内部产生温度效应力而导致混凝土开裂的。

这一般发生厚度大于等于1m的大体积混凝土中，出现时间一般在混凝土硬化过程中和硬化早期，其温度变化来源与水泥水化反应过程中所释放的水化热，在混凝土表面由于热量散发比混凝土内部快，因而在混凝土表面和内部形成一个温度梯度，产生温差，从而产生温度应力，当温度应力大于混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，此类型裂缝有贯穿的，也有不贯穿的。

对于大体积混凝土，温升引起的膨胀是极度危险。

由于混凝体积大，聚积在混凝土内部的热量不易散发，导致混凝土内部温度升高；而混凝土表面散热很快，这样就形成了温差很大的内表温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。

当表面来应力超过混凝土的极限抗拉强度时，就会在混凝土表面产生裂缝。

同时，随着水化反应的减弱，混凝土将逐步降温，在降温过程中则会引起混凝土的收缩变形；加上混凝土多余水分蒸发也会引起体积变化，当受到地基和结构边界的约束，会产生很大的收缩拉应力，当收缩拉应力大于混凝土的抗拉应力时，混凝土就会产生贯穿整个截面的裂缝。

另一类温差裂缝并不是开裂混凝土本身内部有温度差所引起的，而是出于整个混凝土结构中局部混凝土构建所受环境温度的变化，通过热胀冷缩效应，对与其相关的构件产生拉应力。

当这个来自于外部的拉应力大于混凝土抗拉强度时，混凝土就会开裂。

此类裂缝出现的时间较晚，一般在混凝土硬化后1~2年才出现，一旦出现通常是贯通的，宽度一般为≦0.3mm，但个别局位也会大于0.3mm。

例如，在建筑物的东西两端墙角混凝土楼板处，由于墙角两侧的混凝墙体受太阳的照射，温度升高，产生膨胀，从而对与之相连的混凝土楼板产生两个垂直方向的拉应力，其合力为45°方向，若该拉应力大于混凝土楼板的抗拉强度时，则在墙角处的混凝土楼板会在与外界45°角拉应力合力方向相正交的方向产生45度的裂缝。

由于对混凝土楼板来讲这个温度变化而产生拉应力来自与外部和结构有关，因而，这里对这一类温度裂缝的预防、控制不展开讨论。

影响温度裂缝的主要因素有：

水泥品种、水泥浆量、构建形状、断面尺寸、混凝土浇注时温度及外界气温等。

3、塑性收缩裂缝的成因

塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水很快而产生的收缩。

塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈现中间宽两端细且长短不一，互不连贯状态。

其产生的主要原因为：

混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚中宁儿强度小时，受高温或较大的风力影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压二十混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土强度又无法抵抗其本身的收缩，而产生龟裂。

影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝聚时间、环境温度、风速、相对湿度等。

塑性裂缝的产生是由于结构地质不均、松软；或回填土不实或沁水而造成不均匀沉降所致；或者是因为魔板厚度不足模板支撑间距过大或支撑底部松动所致，特别是在冬季，模板支撑在冻土中。

东突华东后产生不均匀沉降，只是混凝土结构产生裂缝。

此类裂缝多为深井或贯穿性裂缝，其走向与沉降情况有关，以扮演与地面垂直或呈30°－45°方向发展，较大的沉陷裂缝。

往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。

裂缝宽度受温度变化的影响较小。

地基变形稳定之后，沉降裂缝也基本趋于稳定。

（二）化学反应引起的裂缝

碱骨料缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最为常见的，由于化学反应而引起的裂缝。

混凝土拌合后会产生一些碱性离子。

这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。

这种裂缝一般出现混凝土结构的使期间，一旦出现很难补救，因此应在施工中采取有效措施进行预防。

由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄，有害物质进入混凝土是钢筋产生锈蚀，锈蚀筋体积膨胀，导致混凝土开裂，此类型的裂缝多为纵向缝，沿钢筋的布置位置出现。

钢筋在混凝土中锈蚀是电化学反应过程。

决定钢筋腐蚀反应的基本因素是电位差、水和氧缺一不可，实际腐蚀速度大多数不是受制于氧的供应。

cl¯是钢筋腐蚀反应的最强烈的活化剂，cl¯能破坏钢筋表面的钝化膜从而引发腐蚀，也能增高溶液导电性、增大电位差、加速腐蚀反应；所以当混凝土中掺有氧盐或掺入cl¯时就容易引发钢筋腐蚀。

现实工程中的钢筋腐蚀都起因于此。

混凝土中钢筋表面腐蚀或铁锈后，体积可变为原先的几倍，挤压其外侧混凝土并使之产生垂直于径向胀压力的拉应力，拉应力超过混凝土的成耐能力就将在混凝土的保护层上引发出顺沿钢筋的纵向裂缝。

裂缝出现后，外面的水、氧可沿缝渗入并进一步加速腐蚀，若是发展下去，裂缝将会增宽、延长，甚至是混凝土保护层破裂剥落。

钢筋截面可随着锈蚀发展而相应减小，细径钢筋甚至可被锈蚀断并对工程结构的安全性、耐久性造成恶劣的影响。

（三）混凝土结构受力裂缝

结构受荷载后产生裂缝的因素很多，施工中和使用都可能出现裂缝。

例如早期受震、拆模过早或方法不当、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉应力值过大等均可产生裂缝。

而最常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件，在使用荷载作用往往出现不同程度的裂缝。

普通钢筋混凝土构件在承受了30%—40%的设计荷载，就可能出现裂缝，肉眼一般不可见，而构件的极限破坏荷载往往都在设计荷载的1.5倍以上。

所以在一般情况下钢筋混凝构件是允许带裂缝工作的（这就是前面所讲到的无害裂缝）。

在钢筋混凝土设计规范中，分别不同情况规定裂缝的最大宽度为.02—0.3mm对那些宽度超过规范规定的裂缝，以及不允许开裂的构件上出现裂缝则认为有害，需加以认真分析，慎重处理。

（四）施工工艺及流程造成的裂缝

1.施